JPH01321609A - 磁気歯車の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は産業機器等において、回転を非接触に伝導し得
る磁気歯車の製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来磁気歯車にはフェライト、アルニコ、希土類焼結磁
石等が用いられていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし従来の磁気歯車は次のような問題点を有していた
。

フェライト磁石を用いた場合、磁気的特性が希土類磁石
に比較してはるかに劣るため、磁気歯車の剛性が小さく
なってしまい、それを補うためには大ユの磁石と大きな
磁気回路を構成して磁束を集束する必要があった。また
磁石自身が脆いため遠心力による破損という強度的な問
題もあった。

アルニコ磁石を用いた場合には、磁石の特徴として保磁
力がきわめて小さいことから機器組み込み後の着磁が必
要であること、使用中においては減磁界がかからないよ
うな構造が必要であること等の問題があった。

希土類焼結磁石の場合磁気的特性においては十分に満足
できるがフェライト磁石以上に機械的強度が劣るため遠
心力による破損、衝撃、振動によるワレやカケという問
題を有し、しかも原料コストが大きく磁石が非常に高価
になるという問題点を有していた。

また原料コストの安い希土類鉄ボロン系の焼結磁石にお
いても焼結法により製造する場合、合金を粉末にする工
程が必須であるが、Ｒ−Ｔ　Ｍ−Ｂ系合金は酸素に対し
て非常に活性であり、そのため粉末にする工程を経ると
表面積が増え、酸化が激しくなり焼結体中の酸素温度は
どうしても高くなってしまう。また、粉末を成形すると
きに、例えばステアリン酸亜鉛のような成形助材を使用
しなければならない。これは焼結工程以前に取り除かれ
るのではあるが、数刻は磁石の中に炭素の形で残ってし
まいＲ−Ｔ　Ｍ−Ｂ系磁石の磁気性能を低下させてしま
うという問題がある。

成形助材を加えてプレス成形した後の成形体はグリーン
体と言われる。これは大変脆く、ハンドリングが難しい
。従って、焼結炉にきれいに並べて入れるのは相当の手
間がかかることも大きな欠点である。

また、異方性の磁石を得るためには磁場中でプレス成形
しなければならず、磁場電源、コイル等の大きな装置が
必要となる。

以上の欠点があるので、一般的に言って、Ｒ−ＴＭ−Ｂ
系の焼結磁石の製造には高価な設備が必要になるばかり
でなく、生産効率も悪くなり、磁石の製造コストが高く
なってしまう。従って、比較的原料の安いＲ−Ｔ　Ｍ−
Ｂ系磁石の長所を生かすことができなかった。

さらに従来の全ての磁石が磁石のみを単体で製造し、そ
の後、継鉄、構造部材等に接着等の固定を行なうという
実開昭５３−１５０３７８に記載され第２図に示す構造
をとっていたため、歯車の高速回転に伴う遠心力の影響
で継鉄、構造部材等からの磁石の剥離が起こるという重
大な問題もあった。

そこで本発明は、このような課題を解決するもので、そ
の目的とするところはＲ−ＴＭ−Ｂ系合金を溶解・鋳造
することを基本工程とし、熱間加工及び熱処理を併用し
、磁気特性に優れ、機械的強度も大きく、他の部材との
強力な接合が可能でしかも低コストの磁気歯車を提供す
るところにアル。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために本発明の磁気歯車の製造方法
は、Ｒ（ただしＲはＹを含む希土類元素のうち少なくと
も１種）、選移金属、およびボロンを基本成分とする合
金を溶解及び鋳造後、前記鋳造インゴットを５００℃以
上の温度で熱間加工することを特徴とする。

また磁石合金を溶解、鋳造する工程、ついで鋳造インゴ
ットを軟磁性体で覆い、５００℃以上で熱間加工を施し
、その後２５０℃以上の温度で熱処理を行い永久磁石と
軟磁性体の接合体を製造し、さらに前記接合体の軟磁性
体部分の１部を構造部材あるいは磁気回路として残すよ
うに切削等の後加工を施すことを特徴とする。

あるいは磁石合金を溶解し、軟磁性体、または磁石と接
合して使う材料でできた鋳型に鋳造する工程、鋳造イン
ゴットを鋳型ごと５００℃以上で熱間加工を施し、その
後２５０℃以上の温度で熱処理を行い永久磁石と鋳型材
の接合体を製造し、さらに前記接合体の鋳型材部分の１
部を構造部材あるいは磁気回路として残すように切削等
の後加工を施すことを特徴とする。

［実施例コ 第１図に本発明の製造方法による磁気歯車の側面図を示
す。１は希土類、選移金属およびボロンを主成分とする
永久磁石で、２は穴開は加工が施された内部鋳型、３は
磁気歯車軸である。　第１表に本実施例の磁石合金の組
成を示す。

第１表 ただし、磁石の組成としては表１に示した組成に限らず
、希土類金属としては、Ｙ、　　Ｌａ、　　Ｃｅ、Ｐｒ
、　　Ｎｄ、　　Ｓｍ、　　Ｅｕ、　　Ｇｄ、　　Ｔｂ
、　　ＤＶ。

Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕが候補として挙げられ、
これらの内１種類、あるいは２種類以上を組み合わせて
用いられる。最も高い磁気特性はＰｒで得られる。従っ
て実用的には、Ｐｒ、Ｐｒ−Ｎｄ、Ｃｅ−Ｐｒ−Ｎｄ合
金等が用いられる。

選移金属としてはＦｅ、　　Ｃｏ、　　Ｎｉ、　　Ｃｕ
、等が候補として挙げられ、これらの内１種類、あるい
は２種類以上を組み合わせて用いられる。また、小皿の
添加元素、例えば重希土類のＤｙ、Ｔｂ等や、Ａ１、Ｓ
ｉ、Ｍｏ、Ｇａ等は保磁力の向上に有効である。

Ｒ−Ｔ　Ｍ−Ｂ系永久磁石の主相はＲ２Ｔ　Ｍ　＋　４
Ｂ化合物相である。従ってＲが８原子％未満ではもはや
上記化合物を形成せず、高い磁気性能は得られない。一
方、Ｒが３０原子％を越えると非磁性のＲリッチ相が多
くなり磁気特性は著しく低下する。

従ってＲの範囲は８〜３０原子％が適当である。

しかし、鋳造磁石とするため、好ましくは８〜２５原子
％が適当である。

ＢはＲ２Ｔ　Ｍ　Ｉａ　Ｂ化合物相を形成するための必
須元素であり、２原子％以下では菱面体のＲ−ＴＭ系に
なるために高い保磁力は望めない。また、２８原子％を
越えるとＢを含む非磁性相が多くなり、残留磁束密度は
著しく低下してくる。しがし、鋳造磁石としては好まし
くはＢは８原子％以下がよく、それ以上では特殊な冷却
を施さない限り微細なＲ２Ｔ　Ｍ　＋　ａ　Ｂ化合物相
を得ることが出来ず、適切な保磁力が得られない。

Ａ１、Ｇａ等は保磁力増大の効果を示す。しがシナ力ら
、Ａ１やＧａは非磁性元素であるため、その添加■を増
すと残留磁束密度が低下し、Ａ１では１５原子％を越え
ると、Ｇａでは６原子％を越えるとハードフェライト以
下の残留磁束密度になってしまうので希土類磁石として
の目的を果たし得ない。よってＡ１の添加量は１５原子
％以下、Ｇａは６原子％以下がよい。

第１表の組成の合金を溶解し、第３図に示すように溶接
で組み立てられた鉄製の内部鋳型２、外部鋳型４に鋳込
み、冷却後上部に蓋５を溶接し、９５０℃に加熱し、熱
間押出を行なった。ついで熱処理をおこない第４図に示
す永久磁石１、内部部鋳型２、外部鋳型４及び蓋５の固
相接合体を得た。この永久磁石１の磁気特性を第２表に
示す。

第２表 第２図の接合体は鋳型Ｍ５を切断した後、内部鋳型２に
穴あけを施し、さらに外部鋳型４を切削後、所望の厚さ
にスライスし磁気歯車軸３を圧入して第１図に示すよう
な磁気歯車を製造した。

また本発明は、減速比１：１の内接歯車として第５図に
示すように構成することにより磁気カップリングにも応
用できる。駆動側は磁気カップリング駆動軸６が圧入さ
れた内部鋳型２と永久磁石１で構成され、従動側は駆動
側より径の大きい鋳型の組合せで製造された鋳型と磁石
の固相接合体の内部鋳型部を削除したものである。

〔発明の効果］ 以上述べたように、本発明の磁気歯車の製造方法は、鋳
造インゴットを粉砕・焼結という工程を経ることなく熱
間加工と熱処理を施すだけで十分な保磁力が得られ、永
久磁石の生産工程を大幅に削減することができる。

さらに、磁気特性としても最大エネルギー積が実施例１
では、１６〜１７　（ＭＧＯｅ）と従来のフェライト磁
石に比べ約７倍の磁気特性を持つため小型で剛性の高い
磁気歯車を構成することが可能となっている。

また磁石自体の強度が焼結晶と比較して非常に大きく、
さらに磁石と他の構造材あるいは磁気回路と固相接合が
行なわれるため高速度で回転する磁気歯車においても破
損や剥離等の問題なく使用できる磁気歯車の製造が可能
である。

さらに、本発明は回転数比が１：１である磁気歯車すな
わち磁気カップリングにも応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法による磁気歯車の側面図、第
２図は従来の磁気歯車の側面図、第３図は本発明の製造
方法による熱間加工前の鋳型、磁石の縦断面図、第４図
は本発明の製造方法による熱間加工後の磁石、鋳型接合
体の縦断面図、第５図は本発明の応用例である磁気カッ
プリングの側面図である。 １・・・永久磁石 ２・・・内部鋳型 ３・・・磁気歯車軸 ４・・・外部鋳型 ５・・・蓋 ６・・・磁気カップリング駆動軸 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　鈴木　喜三部　他１名第１図 第２図 第３囚 第４　ｍｕ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転を永久磁石の磁気力によって非接触に伝導す
   る磁気歯車の製造方法において、Ｒ（ただしＲはＹを含
   む希土類元素のうち少なくとも１種）、選移金属、およ
   びボロンを基本成分とする合金を溶解及び鋳造後、前記
   鋳造インゴットを５００℃以上の温度で熱間加工するこ
   とを特徴とした磁気歯車の製造方法。
2. （２）磁石合金を溶解、鋳造する工程、ついで鋳造イン
   ゴットを軟磁性体で覆い、５００℃以上で熱間加工を施
   し、その後２５０℃以上の温度で熱処理を行い永久磁石
   と軟磁性体の接合体を製造し、さらに前記接合体の軟磁
   性体部分の１部を構造部材あるいは磁気回路として残す
   ように切削等の後加工を施すことを特徴とする請求項１
   に記載の磁気歯車の製造方法。
3. （３）磁石合金を溶解し、軟磁性体、または磁石と接合
   して使う材料でできた鋳型に鋳造する工程、鋳造インゴ
   ットを鋳型ごと５００℃以上で熱間加工を施し、その後
   ２５０℃以上の温度で熱処理を行い永久磁石と鋳型材の
   接合体を製造し、さらに前記接合体の鋳型材部分の１部
   を構造部材あるいは磁気回路として残すように切削等の
   後加工を施すことを特徴とする請求項１に記載の磁気歯
   車の製造方法。