(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒を形成するように配置された希土類磁石を用意する工程と、
前記希土類磁石に第１外部磁界を印加することによって、前記円筒の内側から外側に向かって磁化されている第１領域と外側から内側に向かって磁化されている第２領域とを形成する第１着磁工程と、
前記第１領域と前記第２領域との境界に、前記第１着磁工程で印加されていた外部磁界成分の方向と０°超５０°未満の角度をなす方向の外部磁界成分が印加されるように第２外部磁界を印加する第２着磁工程と、
を包含する、希土類磁石の着磁方法。
【請求項２】
前記希土類磁石は、前記円筒の軸を中心に磁気回路に対して相対的に回転可能なように支持され、前記磁気回路に対する相対位置が第１の位置で前記第１着磁工程が実行され、
前記希土類磁石を前記軸を中心に前記磁気回路に対して前記相対的に回転させた後、前記第２着磁工程が実行される、
請求項１に記載の希土類磁石の着磁方法。
【請求項３】
前記円筒の円周にそって、前記第１領域と前記第２領域とを１つずつ有する２極磁石が形成される、請求項１または２に記載の希土類磁石の着磁方法。
【請求項４】
前記第１領域と前記第２領域との境界に、前記第１着磁工程で印加される外部磁界成分の方向と前記第２着磁工程で印加される外部磁界成分の方向とが成す角は、２０°以上４０°以下である、請求項１から３のいずれかに記載の希土類磁石の着磁方法。
【請求項５】
前記第１外部磁界と前記第２外部磁界の強度は実質的に互いに等しい、請求項１から４のいずれかに記載の希土類磁石の着磁方法。
【請求項６】
前記希土類磁石は、ラジアル配向異方性焼結磁石である、請求項１から５のいずれかに記載の希土類磁石の着磁方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の着磁方法を用いて実行される着磁工程を含む希土類磁石の製造方法。
【請求項８】
請求項７の製造方法によって製造された希土類磁石。
【請求項９】
円筒状の希土類磁石であって、
円筒の内側から外側に向かって磁化されている第１領域と、
外側から内側に向かって磁化されている第２領域とを有し、
前記第１領域と前記第２領域との境界において、表面磁束密度が極値をとらず連続的に変化し、
前記第１領域または前記第２領域において、表面磁束密度が最大値をとる角度範囲が１２０°以上１４０°以下であって、
表面磁束密度が零の点から最大値をとるまでの角度範囲が、２０°以上３０°以下である、希土類磁石。
【請求項１０】
請求項９に記載の希土類磁石を備える回転機。
【請求項１１】
請求項１０に記載の回転機を備えたバルブ開度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希土類磁石の着磁方法に関し、特に、回転機のロータに固定して用いられる希土類磁石の着磁に好適な着磁方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、希土類磁石として、希土類・コバルト系磁石と希土類・鉄・ボロン系磁石の二種類が各分野で広く用いられている。
【０００３】
なかでも希土類・鉄・ボロン系磁石（以下、「Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系磁石」と称する。ＲはＹを含む希土類元素、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏおよび／またはＮｉとの混合物、Ｍは添加元素（例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗの少なくとも１種）、Ｂはボロンまたはボロンと炭素との混合物である。）は、種々の磁石の中で最も高い最大磁気エネルギー積を示し、価格も比較的安いため、各種電子機器へ積極的に採用されている。
【０００４】
例えば、高いエネルギー効率を得るため、あるいは、小型軽量化のためなどの目的で、種々の回転機（モータなど）に希土類磁石が用いられている。例えば、特開２０００−４１３７２号公報には、図５に示すような可動磁石型直流トルクモータ１０が開示されている。
【０００５】
この直流トルクモータ１０は、軸３を中心にした円柱状の鉄心（例えば軟鉄）４の周囲に永久磁石５および６が円筒状に固着されたロータ１と、略コ字形状であって、その端部にはそれぞれロータ１と所定の空隙を保って対向する第１磁極部７、第２磁極部８が形成され、基部（図中上方）にはコイル９が巻き付けられた、ステータ２とを有している。ここで、ステータ２は、例えば、飽和磁束密度１．６Ｔ（テスラ）以上の電磁鋼帯を重ね合わせたものである。
【０００６】
上記公報に開示されている永久磁石５および６はそれぞれ半円筒形（弓形）の永久磁石であって、互いに逆方向に磁化されている。例えば、磁石５は、表面（外周面）側がＮ極で、裏面（内面）側がＳ極とされ、一方、磁石６は、表面（外周面）側がＳ極で、裏面（内面）側がＮ極とされている。磁石５および６に代えて、一体に成形された円筒状の磁石（不図示）を用いることもできる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のモータ１０のロータに用いられる磁石５および６を円筒状に配置された状態で着磁したり、あるいは、一体に形成された円筒状の磁石を着磁する際に、従来のように、径方向に一回の磁界印加で着磁すると、互いに逆方向に磁化される領域（図５の磁石５および磁石６に相当）の境界部分が十分に着磁されないという問題があることが分かった。このような不完全に着磁された磁石では、平均磁束密度が低下したり、所望の表面磁束密度が得られる角度範囲が狭くなったりする。さらに、表面磁束密度の角度分布（軸周り）において境界部分の付近に極値が生じ、表面磁束密度の変化のリニアリティが低下する結果、回転機の角度を精度良く調整することが困難であったり、回転機の性能が十分に発揮されないことがある。
【０００８】
本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、互いに逆方向磁化された領域を形成するように円筒状に配置された磁石を着磁する際に、領域付近を従来よりも確実に所定の方向に着磁させる着磁方法を提供することにある。また、そのような着磁方法で着磁された磁石およびそれを用いた高性能な回転機、特に、角度調整を精度良く行える回転機を提供することを他の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による希土類磁石の着磁方法は、円筒を形成するように配置された希土類磁石を用意する工程と、前記希土類磁石に第１外部磁界を印加することによって、前記円筒の内側から外側に向かって磁化されている第１領域と外側から内側に向かって磁化されている第２領域とを形成する第１着磁工程と、前記第１領域と前記第２領域との境界に、前記第１着磁工程で印加されていた外部磁界成分の方向と０°超５０°未満の角度をなす方向の外部磁界成分が印加されるように第２外部磁界を印加する第２着磁工程とを包含し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１０】
好ましい実施形態では、前記希土類磁石は、前記円筒の軸を中心に磁気回路に対して相対的に回転可能なように支持され、前記磁気回路に対する相対位置が第１の位置で前記第１着磁工程が実行され、前記希土類磁石を前記軸を中心に前記磁気回路に対して前記相対的に回転させた後、前記第２着磁工程が実行される。
【００１１】
好ましい実施形態では、前記円筒の円周にそって、前記第１領域と前記第２領域とを１つずつ有する２極磁石が形成される。
【００１２】
前記第１領域と前記第２領域との境界に、前記第１着磁工程で印加される外部磁界成分の方向と前記第２着磁工程で印加される外部磁界成分の方向とが成す角は、２０°以上４０°以下であることが好ましく、２５°以上３５°以下であることが更に好ましい。
【００１３】
前記第１外部磁界と前記第２外部磁界の強度は実質的に互いに等しいことが好ましい。例えば、第１外部磁界と第２外部磁界とを同じ磁気回路を用いて同じ条件で生成し、希土類磁石の磁気回路に対する相対位置（軸の周りの角度）だけを変えることが好ましい。磁気回路としては公知の種々の磁気回路を用いることができる。
【００１４】
前記希土類磁石は、ラジアル配向異方性焼結磁石であることが好ましい。
【００１５】
本発明による希土類磁石は、上記いずれかの着磁方法を用いて着磁されているので、優れた磁気特性を有する。
【００１６】
本発明による希土類磁石は、円筒状の希土類磁石であって、円筒の内側から外側に向かって磁化されている第１領域と、外側から内側に向かって磁化されている第２領域とを有し、前記第１領域と前記第２領域との境界において、表面磁束密度が極値をとらず連続的に変化する。
【００１７】
好ましい実施形態において、前記第１領域または前記第２領域において、表面磁束密度が最大値をとる角度範囲が１２０°以上１４０°以下である。
【００１８】
好ましい実施形態において、表面磁束密度が零の点から最大値をとるまでの角度範囲が、２０°以上３０°以下である。
【００１９】
本発明による回転機は、上記の製造方法で製造された希土類磁石を備えているので、優れた特性を有しており、バルブ開度制御装置などに好適に用いられる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明による希土類磁石の着磁方法の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限られない。
【００２１】
本発明による希土類磁石の着磁方法は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、少なくとも２回の着磁工程を含んでいる。
【００２２】
まず、円筒２２ａを形成するように配置された希土類磁石（簡単さのために着磁前のものも磁石と称する）２２を用意する。希土類磁石２２は、一体に形成された希土類磁石であっても良いし、また、複数の弓形磁石を円柱状のロータの表面に固定したものでもよい（工程（ａ））。
【００２３】
次に、希土類磁石２２に第１外部磁界Ｈ１を印加することによって、円筒２２ａの内側から外側に向かって磁化されている第１領域Ｒ１と外側から内側に向かって磁化されている第２領域Ｒ２とを形成する（工程（ｂ））。このとき、希土類磁石２２の第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界部分ＢＲの磁化方向は、安定しない。特に、ラジアル配向の異方性希土類焼結磁石では、結晶粒がラジアル方向に配向しているので、境界部分ＢＲの結晶粒はその配向方向に直交する方向（すなわち、円筒２２ａに対する接線方向）の着磁磁界を受けることになり、良好に着磁されない。従来は、この着磁工程だけが実行されていた。
【００２４】
本発明の着磁方法では、さらに、第１領域Ｒ１と第２領域との境界部分ＢＲに、第１着磁工程で印加されていた外部磁界成分の方向（ここではＨ１で代表）と０°超５０°未満の角度をなす方向の外部磁界成分（ここではＨ２で代表）が印加されるように第２外部磁界Ｈ２を印加する（工程（ｃ））。この第２外部磁界Ｈ２によって境界部分ＢＲの結晶粒の磁化方向が定まる。第１外部磁界Ｈ１と第２外部磁界Ｈ２の強度は実質的に等しいことが好ましい。なお、この第１着磁工程および／または第２着磁工程は複数回実行してもよい。外部磁界Ｈ１およびＨ２の強度は、用いる希土類磁石に応じて適宜設定されるが、ラジアル配向Ｒ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系磁石の場合は、２Ｔ〜４Ｔに設定される。
【００２５】
なお、図１（ａ）および（ｂ）では、簡単のために、希土類磁石２２の全体に同じ方向の外部磁界Ｈ１またはＨ２が印加されている様子を示したが、必ずしもその必要はない。例えば、境界部分ＢＲと各領域Ｒ１およびＲ２との中心付近とでは違う向きの外部磁界成分が印加されても良い。
【００２６】
以下では、磁気特性に優れ、表面磁束密度（最大値）の平坦性に優れるラジアル配向したＲ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系異方性焼結磁石を用いた例を説明する。ここで用いたラジアルリング磁石（図２の参照符号１１２）は、例えば以下のようにして作製される。
【００２７】
まず、ストリップキャスト法（米国特許５、３８３、９８７号の明細書参照）などの急冷法（冷却速度１０2〜１０4℃／ｓｅｃ）によって希土類合金粉末を作製する。この粉末をキャビティ内の磁界強度が０．４ＭＡ／ｍ以上の配向磁界下でプレス成形し、密度３．５ｇ／ｃｍ3以上の成形体を作製する。得られた成形体を焼結（Ａｒ雰囲気下１０００℃〜１１００℃、２〜５時間）し、さらに時効処理（４００℃〜６００℃、３〜７時間）を施すことによってラジアルリング磁石を作製する。このラジアルリング磁石の形状は、例えば、外径２９ｍｍφ、内径２５ｍｍφ、高さ１２ｍｍである。なお、ラジアルリング磁石は公知の方法で製造されるので、ここではその製造方法の詳細な説明は省略する（例えば、特開２００１−１９２７０５号公報参照）。なお、ラジアルリング磁石は、複数の弓形磁石（成形体）をリング状（円筒状）に接着することによって形成しても良い。勿論，この場合においても、最終的に得られるラジアルリング磁石における磁粉の配向がラジアル配向となるように設定され、焼結磁石はリングの中心から半径方向に磁気異方性を有する。
【００２８】
本実施形態では、図２に示す着磁装置１００を用いて着磁を行った。
【００２９】
着磁装置１００は、軸１０３に固定された円柱状のロータ１１０と、ロータ１１０に対して外部磁界を発生する磁気回路１２０（１２０ａおよび１２０ｂ）とを有している。軸１０３は、支持台１３０によって回転可能なように支持されている。後述するように、着磁されるラジアルリング磁石１１２と磁気回路１２０との相対位置を軸１０３を中心に所定の回転度（θ）で変更するために、例えば、所定の角度で設けた溝をクランプした回転機構１３２を設けても良い。このように段階的に所定の角度ずつ回転する機構を設けることによって、回転角θの制御を容易に且つ再現性よく実行することができる。
【００３０】
磁気回路１２０は、ヨーク１２２（１２２ａおよび１２２ｂ）を有し、ヨーク１２２にはコンデンサ電源（不図示）に接続されているコイル１２４（１２４ａおよび１２４ｂ）が巻かれている。円柱状のロータ１１０の外周に円筒状のラジアルリング磁石１１２が配置されている。磁気回路１２０ａおよび１２０ｂは、ラジアルリング磁石１１２に対して、所定の方向の外部磁界（例えば、図１にＨ１およびＨ２）を発生する。なお、磁気回路１２０として、空芯コイルなど他の公知の磁気回路を用いてもよい。また、磁気回路の磁極の形状を適宜変更することによって、４極以上のラジアルリング磁石を着磁することも出来る。
【００３１】
まず、ラジアルリング磁石１１２が軸１０３に対して第１の位置にある状態で、磁気回路１２０ａおよび１２０ｂから所定の外部磁界（約３Ｔ）を印加した。第１の位置は任意の位置であってよい。
【００３２】
この第１着磁工程だけを実行することによって得られたラジアルリング磁石１１２の表面磁束密度Ｂｇ（Ｔ：テスラ）の角度依存性をホール素子プローブを備えたガウスメータを用いて測定した結果を図３（ａ）に示す。なお、測定角度は、得られたラジアルリング磁石１１２のＮ極領域（外周に向かって磁化されている領域Ｒ１）とＳ極領域（内周に向かって磁化されている領域Ｒ２）の境界線（Ｎ領域の中心Ｓ領域の中心とを結ぶ線に直交する線と等価）と、ラジアルリング磁石１１２の中心軸とを通る方向を０°とした。
【００３３】
次に、第１着磁工程を実行した後で、第１の位置に対して、軸１０３の周り一定の角度θだけラジアルリング磁石１１２を回転させた第２の位置で、第１着磁工程と同じ外部磁界を印加した。回転角θを２０°および４０°としたときに得られたラジアルリング磁石１１２の表面磁束密度Ｂｇの角度依存性を図３（ｂ）に示す（２０°と４０°とでは同じ結果となった）。また、回転角θを３０°としたときに得られたラジアルリング磁石１１２の表面磁束密度Ｂｇの角度依存性を図３（ｃ）に示した。
【００３４】
図３（ａ）〜（ｃ）に示したように、ラジアルリング磁石の円周に沿った表面磁束密度Ｂｇは、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界部分ＢＲ（図１参照）において、その値が零を取り、その後、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２のそれぞれにおいて、その値（絶対値）が増大し最大値を取った後、平坦領域を経て、境界部分ＢＲにおいて再び零となる。なお、厳密にいうと、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２のそれぞれにおける最大値は極大値であり、平坦領域における表面磁束密度Ｂｇの値は最大値（極大値）よりも僅かに小さい値となる。ここでは、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２のそれぞれにおける２つの極大値間の平坦領域を表面磁束密度Ｂが最大値を取る「最大値領域」と称することにする。
【００３５】
まず、図３（ａ）のグラフから明らかなように、一回だけの着磁工程では、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界部分ＢＲ（図１参照）が十分に着磁されていないので、表面磁束密度Ｂｇが最大値をとる最大値領域の角度範囲（５０°〜１５０°および２２０°〜３３０°）が狭く、また、平均磁束密度も低い。さらに、境界部分ＢＲ付近では表面磁束密度Ｂｇが連続的に変化せず、極値（極大値および極小値）を取っている。また、境界部分ＢＲ付近では、表面磁束密度Ｂｇが零の点から最大値を取るまでの角度範囲が３０°を超えている。
【００３６】
このように、第１着磁工程でだけで着磁すると、表面磁束密度Ｂｇの最大値領域の角度範囲は、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２のそれぞれにおいて、１２０°未満と比較的狭く、且つ、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界部分ＢＲにおける表面磁束密度Ｂｇの変化に極値が現れるので、このような特性を有するラジアルリング磁石１２２を用いて、例えば回転機を構成すると、エネルギー効率が低いばかりでなく、大きな振動を発生する。さらに、このようなラジアルリング磁石を用いて精密な位置（角度）センサを作ることは困難である。
【００３７】
これに対し、本発明の着磁方法を用いて得られたラジアルリング磁石の特性は、図３（ｂ）および（ｃ）に示したように、図３（ａ）に比べて、表面磁束密度Ｂｇが最大値をとる角度範囲が広く、平均磁束密度も高くなっていることが分かる。最大領域の角度範囲は、図３（ｂ）に示した例では、３０°〜１５０°および２１０°〜３３０°であり、図３（ｃ）に示した例では、２０°〜１５０°および１９５°〜３３０°である。
【００３８】
また、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界部分ＢＲ付近においては、表面磁束密度が単調に増加または減少しており、図３（ａ）で見られた極値（極大値または極小値）は存在しない。特に、図３（ｃ）に示した回転角θを３０°とした場合のラジアルリング磁石１１２は、最大値をとる角度範囲が広く、平均磁束密度も高い。さらに、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界部分ＢＲ付近での表面磁束密度Ｂｇの変化も非常に滑らかであることが分かる。
【００３９】
このように、第１着磁工程と第２着磁工程とを実行することによって、表面磁束密度Ｂｇの最大値領域の角度範囲が１２０°以上１４０°以下で、表面磁束密度Ｂｇが零の点から最大値を取るまでの角度範囲が２０°以上３０°以下のラジアルリング磁石を得ることができる。また、このラジアルリング磁石の表面磁束密度Ｂｇは、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界部分ＢＲ付近において極値を取ることなく単調に増加または減少し、表面磁束密度Ｂｇの変化のリニアリティが高い。
【００４０】
図４に、回転角θを変えて得られた種々のラジアルリング磁石１１２の表面磁束密度Ｂｇが最大値をとる角度範囲と、表面磁束密度が最大値の半分以上の値をとる角度範囲とをそれぞれ３６０度で除した値を回転角θに対しプロットした結果を示す。なお、回転角θ＝０°は、第１着磁工程のみを実行した場合を示し、回転角θを５０°としたときには、θ＝０°の場合とほぼ同じ結果が得られた。
【００４１】
図４のグラフから明らかなように、本発明による着磁方法を採用し、回転角θを０°超５０°未満とすることによって、表面磁束密度Ｂｇが最大値をとる角度範囲および最大値の半分の値をとる角度範囲が、従来の着磁方法（図４中の回転角θ＝０°に相当）に比べ増加していることが分かる。さらに、回転角θが２０°以上４０°以下の範囲とすることによって、図３（ｂ）に示したように、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界部分ＢＲにおける表面磁束密度Ｂｇの変化に極値が現れず、連続的にスムーズに変化する。更に、回転角θを３０°±５°以内とすることによって、境界部分ＢＲにおける表面磁束密度Ｂｇの変化がさらにスムーズとなる。回転角θが約３０°のときに、図３（ｃ）に示したように、表面磁束密度Ｂが最もスムーズに変化する。
【００４２】
このように、本発明による着磁方法を用いると、互いに反対方向に磁化された領域（第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２）の境界部分ＢＲが従来よりも確実に着磁されたラジアルリング磁石が得られる。このようなラジアルリング磁石を用いて、図５に示したような回転機を構成すると、エネルギー効率が高く、振動の発生が少ない回転機が得られる。このような回転機は、例えば、特開２０００−４１３７２号公報に開示されているような、スロットルバルブの制御装置などの角度を高い精度で制御することが要求される用途に好適に用いられる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によると、互いに逆方向磁化された領域を形成するように円筒状に配置された磁石を着磁する際に、領域の境界付近を従来よりも確実に所定の方向に着磁させる着磁方法が提供される。また、そのような着磁方法で着磁された磁石を用いることによって、高性能な回転機が提供される。本発明による希土類磁石を用いると、モータやアクチュエータ等のトルクリップルが低減され、且つ、エネルギー効率も向上する。
【００４４】
特に、ラジアル配向したＲ−Ｔ−（Ｍ）−Ｂ系焼結磁石を本発明の着磁方法を用いて着磁することによって得られる磁石は、高性能な回転機や高精度の位置（角度）検出用のセンサに好適に用いられる。勿論、本発明には、希土類焼結磁石に限られず、ボンド磁石をはじめ種々の希土類磁石の着磁にも用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明による希土類磁石の着磁方法を模式的に示す図であり、（ａ）に示した第１着磁工程の後で、（ｂ）に示した第２着磁工程が実行される。
【図２】本発明の実施形態による着磁方法を実行するために用いられる着磁装置１００を模式的に示す図である。
【図３】（ａ）から（ｃ）は、ラジアルリング磁石の表面磁束密度Ｂｇの角度依存性をしめすグラフであり、（ａ）は従来の着磁方法によるものを示し、（ｂ）および（ｃ）は本発明によるものをそれぞれ示す。
【図４】回転角θによるラジアルリング磁石の磁気特性の違いを説明するためのグラフである。
【図５】本発明による希土類磁石が好適に用いられる公知の回転機を示す図である。
【符号の説明】
２２  希土類磁石
２２ａ  円筒
１００  着磁装置
１０３  軸
１１０  ロータ
１１２  ラジアルリング磁石
１２０、１２０ａ、１２０ｂ  磁気回路
１２２、１２２ａ、１２２ｂ  ヨーク
１２４ａ、１２４ｂ  コイル
１３０  支持台
１３２  回転機構
Ｈ１、Ｈ２  外部磁界
【図１】
0004304930.tif 000002
【図２】
0004304930.tif 000003
【図３】
0004304930.tif 000004
【図４】
0004304930.tif 000005
【図５】
0004304930.tif 000006