(57)【要約】【課題】  積層した予備成形体の積層界面付近等の配向乱れによる磁気特性の低下が少く、形状精度がよく、リングのラジアル方向周面に形成した凹形状部または凸形状部をスキュー角度回転させて積層することができるリング型磁石及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  積層した複数のリング状の予備成形体２はラジアル方向周面に凹形状部１ａ及び凸形状部１ｂが形成され、予備成形体２の隣接する一方の予備成形体２の積層方向端面の所定の位置に凹部が形成され、隣接して接する他方の予備成形体２の積層方向端面には、積層方向端面の凹部と嵌合する凸部が上記所定の位置から周方向へ所定の角度ずれた位置に形成され、凹部と凸部とが嵌合されて複数の予備成形体２の凹形状部１ａまたは凸形状部１ｂが順次所定の角度だけ周方向に回転されて積層されているものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状成形体を焼結してなるリング型磁石において、
上記円筒状成形体は、複数のリング状の予備成形体を積層してなり、
上記予備成形体は外周面または内周面に凹形状部及び凸形状部が形成され、
上記予備成形体の隣接する一方の予備成形体の積層方向端面に複数個の凹部または凸部が形成され、上記隣接して接する他方の予備成形体の積層方向端面には、上記積層方向端面の凹部または凸部と嵌合する複数個の凸部または凹部が形成され、
上記積層方向端面の凹部または凸部は、上記一方の予備成形体の上記凹形状部または凸形状部に対する周方向の所定の位置に形成され、上記他方の予備成形体の凸部または凹部は、上記所定の位置から周方向へ所定の角度ずれた位置に形成され、
上記円筒状成形体は、上記凹部と上記凸部とが嵌合されて上記複数の予備成形体の上記凹形状部または凸形状部が順次所定の角度だけ周方向に回転されて積層されていることを特徴とするリング型磁石。
【請求項２】
上記凹部及び凸部は、断面が円弧状、Ｖ字状、コの字状、半球状、台形または波形状であることを特徴とする請求項１記載のリング型磁石。
【請求項３】
上記積層方向端面の同じ面内に上記凹部及び凸部が周方向に交互に形成されていることを特徴とする請求項１記載のリング型磁石。
【請求項４】
上記凹部及び凸部は、上記積層方向端面の同じ面内に段差を設けることによって周方向に交互に形成されていることを特徴とする請求項１記載のリング型磁石。
【請求項５】
最下層の予備成形体の積層方向下端面に位置決め用の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のリング型磁石。
【請求項６】
最上層の予備成形体の積層方向上端面に位置決め用の凸部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のリング型磁石。
【請求項７】
円筒状成形体を焼結するリング型磁石の製造方法において、
ラジアル配向され、ラジアル方向周面に凹形状部及び凸形状部を有する複数の予備成形体を成形する工程と、上記予備成形体を中心軸方向に積層する工程とを備え、
上記予備成形体を成形する工程において、
上記予備成形体の積層方向端面の一方の所定の位置に凹部を有する最下層の予備成形体を形成する工程、
上記予備成形体の積層方向端面の他方の上記所定の位置から周方向へ所定の角度ずれた位置に凸部を有する最上層の予備成形体を形成する工程、
上記予備成形体の積層方向端面の一方に上記所定の位置に凹部を有し、積層方向端面の他方に上記所定の位置から周方向へ所定の角度だけずれた位置に凸部を有する中間層の予備成形体を形成する工程を備え、
上記最下層の予備成形体、上記中間層の予備成形体、最上層の予備成形体を順次積層することを特徴とするリング型磁石の製造方法。
【請求項８】
上記凹部と上記凸部とを嵌合した後、積み重ねた方向に５０ＭＰａ以下の圧力で加圧することを特徴とする請求項７記載のリング型磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータの回転子等に用いられるリング型磁石に係り、特に軸方向に長尺の磁石を得るための構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、小型モータに多用されているラジアル異方性リング型磁石を磁場成形するにあたって、軸方向に長い円筒状の磁石を成形する場合、配向磁場強度が十分に得られず、磁性粉末の配向率が低下し、高い磁気特性が得られないという問題点がある。
【０００３】
また、モータのコギングトルクを低減するために、一般にスキュー着磁を行うが、スキュー着磁では十分なコギングトルクの低減ができない場合がある。
【０００４】
この問題点を解決するために、ラジアル方向に配向された軸長の短いリング状の磁石を形状加工し、形状加工したリング状の磁石を接着剤等で接合して積み上げ、必要な軸長のリング型磁石を製造していた。
【０００５】
また、磁場配向できる軸長のリング状成形体を成形し、この成形したリング状成形体を金型内で下部に移動させ、この移動させた磁石成形体上のキャビティーに新たなリング状成形体を成形するプロセスを繰り返し、必要とする軸長の円筒状成形体を成形する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、リング磁石の内径部に凹凸形状を設けた磁石を、押し出し成形加工で製造する方法が提案されており、リング形状に周期的な凹凸を設けることによって、ラジアル配向リング磁石の外周側（ステータと隣り合って対向する面側）に発生する磁界の分布を正弦波に近づけ、コギングトルクやトルクリップルを低減している（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２３３７７６号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−２１１５８１号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のラジアル異方性リング型磁石は、以上のようにラジアル方向に配向された軸長の短い磁石を形状加工し、接着剤等で接合して積み上げて必要な軸長のリング型磁石を製造しているが、この方法では、生産性が悪く、また、積み上げた各磁石の中心軸がずれる等によって外径精度が悪くなり、ステータと組み合わせたときのエアギャップが不均一になるなど、組立による形状精度の悪化が起こり、磁気特性が劣化するという問題があった。
【０００９】
また、金型内で磁場配向できる軸長の磁石成形体を積み重ねて、必要とする軸長の磁石成形体を成形する方法では、成形された磁石成形体の上に新たな磁性粉を充填して磁場配向及び成形を行うので、既に成形された磁石成形体との積層界面付近の配向が乱れ易く、磁気特性が低下するという問題があった。
【００１０】
また、既に成形した磁石成形体を金型下部に移動する際に、金型と摺動する側面付近の配向が乱れ易く、磁気特性が低下するという問題があった。
【００１１】
また、最初に成形された磁石成形体は繰り返し加圧を受け、最初に成形された磁石成形体と、最後に成形された磁石成形体との間では加圧回数が異なるため、密度差が生じ、焼結時に変形が生じるという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明者らは、リング状の成形体の内周または外周に凹凸を周期的に形成し、ラジアル配向した短軸の成形体を積層して、積層した円筒状成形体を焼結することを提案しているが、リングの中心軸の周りに、リング状の成形体をスキュー角度回転させて積層し、かつ安定に積層状態を保つことが難しいという問題がある。
【００１３】
この発明は上記のような問題を解消するためになされたもので、積層したリング状の予備成形体の積層界面付近等の配向乱れによる磁気特性の低下が少く、形状精度がよく、リングのラジアル方向周面に形成した凹形状部または凸形状部をスキュー角度回転させて積層し、かつ安定に積層状態を保つことができるリング型磁石及びそ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】
【００１４】
この発明に係るリング型磁石は、円筒状成形体を焼結してなるリング型磁石において、
上記円筒状成形体は、複数のリング状の予備成形体を積層してなり、
上記予備成形体は外周面または内周面に凹形状部及び凸形状部が形成され、
上記予備成形体の隣接する一方の予備成形体の積層方向端面に複数個の凹部または凸部が形成され、上記隣接して接する他方の予備成形体の積層方向端面には、上記積層方向端面の凹部または凸部と嵌合する複数個の凸部または凹部が形成され、
上記積層方向端面の凹部または凸部は、上記一方の予備成形体の上記凹形状部または凸形状部に対する周方向の所定の位置に形成され、上記他方の予備成形体の凸部または凹部は、上記所定の位置から周方向へ所定の角度ずれた位置に形成され、
上記円筒状成形体は、上記凹部と上記凸部とが嵌合されて上記複数の予備成形体の上記凹形状部または凸形状部が順次所定の角度だけ周方向に回転されて積層されている
ものである。
【００１５】
この発明に係るリング型磁石の製造方法は、円筒状成形体を焼結するリング型磁石の製造方法において、
ラジアル配向され、ラジアル方向周面に凹形状部及び凸形状部を有する複数の予備成形体を成形する工程と、上記予備成形体を中心軸方向に積層する工程とを備え、
上記予備成形体を成形する工程において、
上記予備成形体の積層方向端面の一方の所定の位置に凹部を有する最下層の予備成形体を形成する工程、
上記予備成形体の積層方向端面の他方の上記所定の位置から周方向へ所定の角度ずれた位置に凸部を有する最上層の予備成形体を形成する工程、
上記予備成形体の積層方向端面の一方に上記所定の位置に凹部を有し、積層方向端面の他方に上記所定の位置から周方向へ所定の角度だけずれた位置に凸部を有する中間層の予備成形体を形成する工程を備え、
上記最下層の予備成形体、上記中間層の予備成形体、最上層の予備成形体を順次積層するものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に係るリング型磁石及びその製造方法によれば、ラジアル配向の乱れが生じることがなく、凹形状部及び凸形状部を積層する各段で順次所定の角度だけ精度よく回転させて積層させ、スキュー着磁させた精度のよいリング型磁石が得られる。
【００１７】
また、リング型磁石を形状精度のよいものとし、また、搬送時のズレが防止できるようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるリング型磁石の円筒状成形体を示す斜視図、図２は、図１における、円筒状成形体を構成するリング状予備成形体を示す平面図及びＡ−Ａ断面図（ｂ）である。
【００１９】
図１に示したように、円筒状成形体１は、ラジアル方向に配向され、凹形状部１ａ及び凸形状部１ｂを有するリング状の予備成形体２を、凹形状部１ａまたは凸形状部１ｂを周方向（中心軸の周り）に順次回転させて複数段（図示は４段）積み重ねて、一体化することにより形成される。
【００２０】
また、各予備成形体２は、図２に示したように、一方の端面にラジアル方向に半円状の凹部２ａが形成され、他方の端面に凹部２ａと同一形状の凸部２ｂが形成されて、凹部２ａと凸部２ｂが嵌合できるようにしている。
【００２１】
図２（ａ）に示したように、最下層の予備成形体２は、下面がフラットで、上面に凸部２ｂが形成されている。最下層の予備成形体２に形成された凸部２ｂの位置は、凹形状部１ａまたは凸形状部１ｂに対する所定の位置（図では凸形状部１ｂの中央）に形成する。図２（ｂ）に示したように、中間層（２段目及び３段目）の予備成形体２の下面には、凸形状部１ｂに対する所定の位置に形成された凸部２ｂから所定の角度（スキュー角度であり、図では１０゜を示している）だけずれた位置に凹部２ａが形成され、上面には上記所定の位置に凸部２ｂが形成されている。図２（ｃ）に示したように、最上層の予備成形体２の下面には、中間層と同様の位置に凹部２ｂが形成されている。各予備成形体２を積み重ねて順次凸部２ｂと凹部２ａとを嵌合することによって、凹形状部１ａまたは凸形状部１ｂを周方向（中心軸の周り）に順次回転させて一体化した円筒状形成体１が得られる。
【００２２】
このように、予備成形体２の積層方向端面に凹部２ａと凸部２ｂを形成して、凹部２ａと凸部２ｂとを嵌合させて予備成形体２を積層することにより、凹形状部１ａまたは凸形状部１ｂを順次中心軸周りに精度よく回転させて予備成形体２を積層することができ、また、各予備成形体２の中心軸を合わせることができる。さらに、積層後の、搬送等において上下の予備成形体２がずれたりすることがなく、積層状態を安定に保つことができる。
【００２３】
図３乃至図５及び図８は、凸部及び凹部の別の形状を示す平面図及びＡ−Ａ断面図、図６は、凸部及び凹部の別の形状を示す平面図、図７は、凸部及び凹部の別の形状を示す斜視図である。
【００２４】
図２では、断面が半円状の凸部及び凹部を示したが、図３に示したような断面が台形でもよく、図４に示したような半球状、図５に示したように、積層方向端面を波形状とすることによって凹部２ａ及び凸部２ｂを形成してもよい。その他、断面がＶ字形状、コの字形の形状等種々の形状とすることができる。また、図２及び図３では、凹部２ａ及び凸部２ｂがラジアル方向に延在する例を示したが、周方向に点在していてもよい。
【００２５】
また、図６に示したように、同じ積層方向端面に凹部２ａと凸部２ｂを形成してもよい。図６において、（ａ）は最下層の予備成形体２、（ｂ）は最上層の予備成形体２、（ｃ）は中間層の備成形体２である。
【００２６】
また、図７及び８に示したように、同じ積層方向端面に段差を設けて交互に凹部２ａと凸部２ｂを形成してもよい。図８において、（ａ）は最下層の予備成形体２、（ｂ）は中間層の備成形体２、（ｃ）は最上層の予備成形体２である。また、凹部２ａ、凸部２ｂにテーパを設けておくと、予備成形体２を積み重ねる際に、予備成形体２を破損させることなく凹部２ａと凸部２ｂを嵌合させながら精度よく重ねることができる。
【００２７】
以上凹部２ａ及び凸部２ｂの種々の形態を示したが、凹部２ａ及び凸部２は、各予備成形体２が、相互に周方向及びラジアル方向に移動するのを抑制するような形状及び配置であればよい。
【００２８】
また、上記実施の形態で、予備成形体２の上面に凸部２ｂを形成し、下面に凹部２ａを形成した例を示したが、予備成形体２の上面に凹部２ａを形成し、下面に凸部２ｂを形成してもよい。
【００２９】
図９は、予備成形体を磁場成形する方法を説明するための断面図である。同図に示したように、金型３は、鋼または超硬材料等からなるリング状の強磁性体３ａと、鋼等からなる上下コア３ｂと、非磁性のステンレス鋼または超硬材料からなる上下パンチ３ｃを備える。上下パンチ３ｃの一方の先端は、最下層の予備成形体に対応して、フラットにし、他方の先端はラジアル方向に半円状の凸部を有する形状とする。また、中間層の予備成形体に対応して、一方の先端は、ラジアル方向に半円状の凹部とし、他方の先端は、ラジアル方向に半円状の凸形状とする。また、最上層の予備成形体に対応して、一方の先端は、フラットにし、他方の先端はラジアル方向に半円状の凹部とする。
【００３０】
また、金型３は、リング状の強磁性体３ａの内周面と、上下コア３ｂの外周面と、この両者の間に挿入される上下パンチ３ｃの先端面との間に空洞（キャビティー）４が形成されるように構成されている。
【００３１】
金型３の両側には、電磁コイル５が設けられ、電磁コイル５に通電すると、上下コア３ｂ及びリング状の強磁性体３ａを通る破線矢印で示した配向磁場が発生する。
【００３２】
キャビティー４に磁性粉末を供給し、配向磁場が掛けられた状態で、磁性粉末を上下パンチ３ｃにより圧縮加圧することによって、リング状の予備成形体が得られる。
【００３３】
得られた複数の予備成形体２を、図１に示したように、凹部２ａと凸部２ｂ（図２参照）とを嵌合させ、積み重ねて円筒状成形体１を得る。凹部２ａと凸部２ｂとを嵌合させた後、軸方向に円筒状成形体１が破損しない程度の圧力、５０ＭＰａ以下の圧力で加圧することによって、より確実に固着一体化することができる。
【００３４】
得られた円筒状成形体１を所定の温度、雰囲気で焼結した後、時効処理等の熱処理をすることによって軸長が長いリング型磁石を製造することができる。
【００３５】
この実施の形態によれば、円筒状成形体１は、個別に磁場成形された予備成形体２を別工程で積み重ねるので、金型内で磁場成形しつつ積層する従来のものにおいて発生するラジアル配向の乱れが生じることがなく、磁気特性のよいリング型磁石が得られる。
【００３６】
予備成形体２の一方の端面に凹部２ａを形成し、他方の端面に凹部２ａの所定の位置から周方向に所定の角度ずらした位置に凸部２ｂを形成し、凹部２ａ及び凸部２ｂを嵌合させて順次、複数の予備成形体２を積層、一体化しているので、凹形状部１ａ及び凸形状部１ｂを積層する各段で順次所定の角度だけ精度よく回転させて積層することができ、スキュー着磁させた精度のよいリング型磁石が得られる。
【００３７】
また、予備成形体２の一方の端面に凹部２ａを形成し、他方の端面に凸部２ｂを形成し、凹部２ａ及び凸部２ｂを形成した複数の予備成形体２を凹部２ａ及び凸部２ｂで嵌合させて一体化しているので、各予備成形体２の中心軸を容易に合わせることができ、形状精度のよいものが得られるとともに、搬送時のずれを防止することができる。
【００３８】
なお、上記実施の形態１では、予備成形体２の一方の端面に設ける凹部２ａと、他方の端面に設ける凸部２ｂの形状について種々の形態を示したが、この発明はこれらの形状に限られるものではなく、この発明では、予備成形体２の一方の端面に凹部２ａを設け、他方の端面に凹部２ａと嵌合する形状の凸部２ｂを設けて、複数の予備成形体２の凹部２ａと凸部２ｂとを嵌合し、積み重ねた予備成形体２同士の周方向の動きが相対的に拘束されるような構造であればよい。
【００３９】
また、円筒成形体の原料としては、Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ等の磁性体粉末の他、磁性粉末に樹脂を混合したボンド磁石材料であってもよい。
【００４０】
実施の形態２．
図１０は、実施の形態２におけるリング型磁石を示す斜視図、図１１は、図１０における予備成形体を示す平面図及びＡ−Ａ断面図である。
【００４１】
上記実施の形態１では最下層の下面をフラットにしたが、図１０に示したように、この実施の形態では、最下層（図１０では最下層を上側にして示している）と中間層の予備成形体２には、図１１（ａ）に示したように上面に凸部２ｂを形成し、下面に凹部２ａを形成している。図１１（ｂ）に示した最上層の予備成形体２は上面をフラットにし、下面に凹部２ａを形成している。
【００４２】
予備成形体２を積層し、円筒状成形体とし、焼結・熱処理した後、リング型磁石に後加工を施し、ロータシャフトに接合後（もしくは、ロータシャフトに接合した後、後加工を施し）、最下層の下面に形成された凹部２ａを位置決め用のマーキングとして使用する。
【００４３】
この実施の形態によれば、最下層の下面に形成された凹部２ａを位置決め用のマーキングとして使用し、着磁ヨークのヨーク中心（ヨークの極位置）とリング型磁石の凹凸形状１ａ、１ｂ（磁石の極位置）とを正確に合わせてスキュー着磁することができるので、着磁の位置ずれにより生じるロータ外周の着磁波形の歪みを低減することができ、その結果、モータのコギングトルクやトルクリップルを小さくすることができる。
【００４４】
なお、この実施の形態において、最下層の予備成形体２の下面に凹部２ａを形成する例を示したが、最上層に中間層と同型の予備成形体２を用い、最上層の予備成形体２の上面に凸部２ｂを形成するようにしても、同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
この発明のリング型磁石は、モータ等の回転電機のロータに有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の実施の形態１におけるリング型磁石の円筒状成形体を示す斜視図である。
【図２】図１における、円筒状成形体を構成するリング状予備成形体を示す平面図及びＡ−Ａ断面図（ｂ）である。
【図３】凸部及び凹部の別の形状を示す平面図及びＡ−Ａ断面図である。
【図４】凸部及び凹部の別の形状を示す平面図及びＡ−Ａ断面図である。
【図５】凸部及び凹部の別の形状を示す平面図及びＡ−Ａ断面図である。
【図６】凸部及び凹部の別の形状を示す平面図及びＡ−Ａ断面図である。
【図７】凸部及び凹部の別の形状を示す平面図及びＡ−Ａ断面図である。
【図８】凸部及び凹部の別の形状を示す平面図及びＡ−Ａ断面図である。
【図９】予備成形体を磁場成形装する方法を説明するための断面図である。
【図１０】実施の形態２におけるリング型磁石を示す斜視図である。
【図１１】図１０における予備成形体を示す平面図及びＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  円筒状成形体、１ａ  凹形状部、１ｂ  凸形状部、２  予備成形体、
２ａ  凹部、２ｂ  凸部、３  金型、３ａ  ダイ、３ｂ  上下コア、３ｃ  上下パンチ、４  空洞（キャビティー）、５  電磁コイル。
【図１】
2005117785.tif 000003
【図２】
2005117785.tif 000004
【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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