JPH0158747B2 - - Google Patents

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JPH0158747B2
JPH0158747B2 JP58088962A JP8896283A JPH0158747B2 JP H0158747 B2 JPH0158747 B2 JP H0158747B2 JP 58088962 A JP58088962 A JP 58088962A JP 8896283 A JP8896283 A JP 8896283A JP H0158747 B2 JPH0158747 B2 JP H0158747B2
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magnetic
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Motoharu Shimizu
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Hitachi Metals Ltd
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L51/00—Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L51/04—Compositions of graft polymers in which the grafted component is obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers grafted on to rubbers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0253—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing permanent magnets
    • H01F41/0273—Imparting anisotropy
    • H01F41/028—Radial anisotropy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/02—Compacting only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F279/00—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of monomers having two or more carbon-to-carbon double bonds as defined in group C08F36/00
    • C08F279/02—Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of monomers having two or more carbon-to-carbon double bonds as defined in group C08F36/00 on to polymers of conjugated dienes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F13/00—Apparatus or processes for magnetising or demagnetising
    • H01F13/003—Methods and devices for magnetising permanent magnets

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  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は磁場中圧縮成形法による円筒状永久磁
石の製造方法に関する。 永久磁石式回転機（発電機、電動機）は種々の
用途に使用されており、例えばコンピユータの周
辺機器の一つであるフロツピー・デイスク・ドラ
イドあるいはプリンター等の制御用もしくは駆動
用モータの内には、多極着磁された円筒状永久磁
石をロータに使用したいわゆるPM型ステツピン
グモータが使用され、制御性の良いことからその
需要が拡大しつつある。この場合磁極数は通常４
極以上であるが、最近はステツプ角を小さくして
高い分解能を得るために、特に８極以上（12極、
24極、36極等）のものが増加している。 この種円筒状永久磁石としては、等方性フエラ
イト磁石が従来から使用されているが、磁気特性
が十分でなく（例えば外径26mmφで、24極着磁の
場合で表面磁束密度B0＝900〜950G）、又圧延異
方性を利用したラジアル異方性フエライト磁石
（例えば特開昭49−28899号公報参照）も使用され
ているがこれも又磁気特性が十分でなく（上記と
同じ条件で、B0＝900〜1050G）、ロータ用磁石と
しては表面のみ多極異方性化した円筒状永久磁石
（特開昭57−199205号公報参照）が要求されてい
る。 ところで径方向の異方性を有する円筒状永久磁
石に関しては、種々の製造法が提案されているが
（例えば特開昭56−74907号公報、特開昭56−
98402号公報参照）、表面多極異方性を有する円筒
状永久磁石に関しては十分な検討がなされておら
ず、未だ実用化されていない。ここで、表面多極
異方性とは、成形体あるいは磁石の同一面、例え
ば円筒外周面に存在する異極性の磁極間を結ぶ線
（通常は円弧）に沿つて磁化容易軸がならんでい
ることを意味する。 すなわち表面多極異方性を有する永久磁石の製
造に磁界中圧縮成形を適用した場合、通常の成形
法では所定の磁気特性が得にくくかつ磁極の長手
方向の磁束密度の均一性（以下直線性ともいう）
が得にくいという問題があつた。なおこの種永久
磁石の場合、一般には長手方向の磁束密度のバラ
ツキは２％以下であれば使用上問題はない。 本発明の目的は、上述の従来技術の欠点を解消
し、高い磁気特性と良好な直線性を示す多極異方
性を有する円筒状永久磁石が得られる円筒状永久
磁石の製造方法を提供することである。 本発明の円筒状永久磁石の製造方法は、円筒状
の成形空間を有しかつ該成形空間の周囲に所定の
磁極数に対応する磁場コイルを備えた金型中に強
磁性粉末を充填し、前記磁場コイルに通電するこ
とにより、前記強磁性粉末に異方性を付与しなが
ら上パンチおよび下パンチ間で前記強磁性粉末を
加圧成形し、得られた成形体を焼成しついで前記
異方性の付与された方向と同一方向に着磁する円
筒状永久磁石の製造方法において、前記成形空間
と前記磁場コイルとの間に非磁性材料からなりか
つ下記式で定められた範囲の厚さ（ｔ）を有する
リング状スペーサを設け、前記磁場コイルにより
前記成形空間の外周面における磁場強度が3.5×
103アンペアターン／ｍ以上のパルス磁場を発生
させ、表面に８極以上の多極異方性を有する成形
体を得ることを特徴としている。 記 ｔ＜π・ｄ／３・Ｍ 但し、ｄ：スペーサの内径 Ｍ：磁極数 以下本発明の詳細を図面により説明する。 第１図は本発明に使用される成形装置の一例を
示す縦断面図、第２図は第１図のＡ―Ａ矢視図、
第３図は第２図のＢ部拡大図、第４図は第３図の
変形例を示す図、第５図および第６図はそれぞれ
従来の成形法に係わる金型の要部断面図および永
久磁石の磁束密度分布を示す図、第７図ないし第
９図は本発明の成形法に係わる金型の要部断面図
である。 まず第１図および第２図に関し、ダイス（磁性
体）１は支柱１１，１２を介して下部フレーム８
に固着され、又コア（非磁性体）２は直接下部フ
レーム８に固着され、下部フレーム８は下部シリ
ンダー９に接続されている。ダイス１の上部に
は、上部フレーム５に支持された上パンチ（非磁
性体）４を配設し、上部フレーム５には上部シリ
ンダー６を接続する。又ダイス１の下部には基板
１３に固着された下パンチ（非磁性体）７が配設
されている。ダイス１、コア２、上パンチ４およ
び下パンチ７によりり強磁性粉末１７を収容する
ための成形空間３が形成される。さらに第２図に
示すように、ダイス１内には成形空間３の周囲に
所定の磁極数（８極以上）に対応する数の溝１４
が成形され、各溝１４内には磁場コイル１５が配
設されている。またダイス１（以下金型ともい
う）の内周面には非磁性材料からなるリング状ス
ペーサ１６が装着されている。 次に、上記装置による円筒状磁石の製造方法を
第１図により説明する。 まず上パンチ１を引上げた状態で図示しない振
動フイダー等の手段により成形空間３内に強磁性
粉末（例えばBaフエライト粉末又はSrフエライ
ト粉末等の磁気異方性定数の大きい磁性粉末）１
７を充填し、ついで磁場コイル１５にパルス電流
を印加して強磁性粉末を磁場配向する。しかるの
ち上パンチ４を下方向に移動して、磁場コイル１
５にパルス電流を印加しながら強磁性粉末１７を
加圧成形する。ここで強磁性粉末は、その磁化容
易軸が磁場コイルにより発生した磁束線と同じ向
きに配向される。すなわち異方性化が行なわれ
る。そして加圧したまま磁場コイル１５に上記と
逆方向のパルス電流を通電して得られた成形体を
脱磁してから金型から取出す。次に成形体を焼成
し、ついで所定寸法に加工後異方性を付与された
方向と同一方向に着磁して表面多極異方性を有す
る円筒状永久磁石が得られる。 上記の製造方法について本発明者が種々検討し
た結果、次のような構成により良好な磁気特性と
直線性を有する円筒状永久磁石が得られることを
見出した。まず磁気特性に関して、大なる表面磁
束密度（B0）を得るためには成形空間の磁場強
度（B9）を高める必要があるが、磁極数が多く
なると（特に24極以上）磁場コイルを収容する各
各の溝の容積が小さくなりコイルの巻数が十分に
とれず（通常数ターン位）、磁場コイルの入力電
流を大とする必要がある。例えば磁場コイルを２
ターンとすると、８〜15×103アンペアターン／
ｍの磁場を発生させるためには、8000〜15000A
の入力電流が必要となり、通常の手段では、コイ
ルからの熱発生により、実用不可能である。その
ため本発明者が検討した結果、磁場コイルに磁場
強度が3.5×103アンペアターン／ｍ以上となるよ
うなパルス電流を流すことにより1500G以上の表
面磁束密度（B0）を有する永久磁石が得られた。
この場合パルス磁場は１回のみならず、複数回印
加してもよい。 また上記のような所定の表面磁束密度（B0）
を与えかつ表面多極異方性化を図るためには、金
型の磁気回路の構造も重要となる。すなわち磁気
特性の点からは、第３図に示すように、ダイス１
の内周面に直接コイル収容溝１４を形成した金型
構造が有利であるが、上述した多極化のために金
型の内周面に多数のコイル収容用溝１４を設ける
ために磁極部となる突出部１ａの円周方向寸法が
小さくなりその強度（成形圧力に耐えうるか否
か）および耐摩耗性が低下してしまう。なお通
常、フエライト系円筒状永久磁石の製造において
は、成形圧力は0.5〜lton／cm2程度で、又ダイ
ス・コア側圧は0.1〜0.4ton／cm2（ランキン係数
0.2〜0.4の場合）程度となる。そこで本発明者が
検討した結果、金型の内周面に非磁性材料からな
るリング状スペーサ１６を装着することにより、
このような問題は解消できるのを見出した。ただ
しスペーサ１６の厚さが大になるほど成形体表面
に到達する有効磁束量（第３図、第４図中破線は
磁束の流れを示す）が低下するので、スペーサ１
６の厚さｔは下記式を満たすように設定すること
が好ましい。 ｔ＜π・ｄ／３・Ｍ 但し、ｄ：スペーサの内径 Ｍ：磁極数 また金型は上記の如くの構造に限らず第４図に
示す構造としてもよい。第４図の場合は、コイル
収容溝１４をダイス１の内周面から遠ざけて形成
し、コイル収容溝１４の先端１４ａ（ダイス内周
面側）を絞つているため、磁極部となる突出部１
ａの円周方向寸法は第３図の場合より大となり、
強度および耐摩耗性の点では有利である。しかし
てこの構造でも、成形体に到達する有効磁束量の
低下をできるだけ少なくするために、スペーサ１
６の厚さは上記式を満たすように設定することが
望ましい。 なお第４図において、強度および耐摩耗性の点
からはコイル収容溝１４の先端部１４ａは無い方
がよい。しかるに、その場合はコイル収容溝１４
とダイス１の表面との間で磁束が短絡してしま
い、成形体表面に到達する有効磁束量が低下して
しまう。また磁場コイルに十分なパルス電流を入
力して磁気短絡部を飽和させて使用せんとする
も、コイル収容溝１４がダイス内周面より遠ざか
つているのでその分だけ有効磁束量は依然として
低下してしまう。 さらに第３図および第４図において、金型の強
度および耐摩耗性の点からコイル収容溝１４内に
磁場コイル１５を配設した後隙間にエポキシ樹脂
等の補強材を真空含浸法等の手段で充填すること
が好ましい。 上述のパルス磁場の印加は、例えば、コイル
を、商用交流電源を入力として所定の直流電圧
（例えば700V前後に）に昇圧整流しコンデンサー
群（例えば４×104μFの容量）にて充電しついで
サイリスタを経て放電を行なう瞬間直流電源に接
続すればよい。この電源によれば、放電時間は
0.01秒程度であるから、10000A程度の大電流を
流しても前述したようなコイルの発熱は殆んど生
じない。 次に表面多極異方性化の場合、磁束密度が高い
ことに加えて磁極の磁束密度の長手方向の均一性
がよいことが重要である。良好な直線性を得るた
めに本発明者が検討した結果、以下のような成形
方法が好ましいことを見出した。 まず通常の場合は、第５図に示すように成形空
間内に強磁性粉末１７を充填した後パルス磁場を
印加しながら（すなわち異方性を付与しながら）
上パンンチ４を下降させて成形を行なう。しかし
て、ダイス１の上端部１a′において、相隣るダイ
ス突起部間を流れる磁束の乱れが生じる。第６図
は、第５図の成形装置で得られた成形体を焼成、
着磁した後の磁極の長手方向の表面磁束密度分布
を示す。第６図から上パンチ４近傍での異方性化
が低下しもつて直線性が低下してしまうことがわ
かる。 そこで本発明者が検討した結果、第５図に示す
ように成形空間内に強磁性粉末１７を充填した
後、第７図に示すようにダイス１を上昇させて高
さａの空間を形成してから、上パンチ４を下降さ
せることにより第６図に示すような不具合を解消
できることが見出された。 この場合、磁場コイルにより発生するパルス磁
場が強磁性粉末に均一に印加されるようにするた
めには、第８図ロに示すように、上パンチ４が強
磁性粉末と接触してから成形完了までに下降する
距離ｂ（第８図イ参照）と略等しい距離Ｃだけダ
イス１およびコア２を下降させながら加圧成形を
行なうとよい。 また磁場コイルによりパルス磁場を印加する時
期は、上パンチ４が強磁性粉末と接触を開始した
直後がよい。これは、第９図に示すように上パン
チ４と強磁性粉末との間に隙間ｅがあるうちに磁
場を印加すると、第６図の１８に示すように上パ
ンチ側にある強磁性粉末の一部がダイス１側に引
き寄せられて配向が乱れるからである。なお第５
図、第７〜９図では、理解を容易にするためにリ
ング状スペーサ及び磁場コイルを省略してある。 以上の説明では、円筒状永久磁石の表面（外周
面）にのみ多極異方性を付与した例を述べたが、
用途によつてはさらに内周面に多極異方性を付与
することもあり、本発明はこのような場合にも適
用できる。内周面に多極異方性を付与する場合に
は、第１図のコア側にも磁場コイルを設ければよ
く、磁気回路の構造は第２〜４図と同様でよい。 実施例 １ 平均粒径が約1μmのSr―フエライト粉末に対し
てステアリン酸カルシウムを１重量％添加した原
料粉末を使用し、第４図に示す金型を備えた第１
図の成形装置により、パルス磁場を印加しながら
0.7ton／cm2の圧力で成形を行なつて外径40.8mm
φ、内径29.1mmφ、長さ41mmの成形体（密度
2.8g／c.c.）を得た。この成形体を1200℃で焼成後
外径33mmφ、内径24mmφ、長さ35mmの寸法に加工
し、ついで24極に着磁して円筒状永久磁石を得
た。 この場合、スペーサ１６の厚さｔ、ダイス１の
内周面とコイル溝１４との距離ｌおよび先端部の
幅W′はいずれも0.5mmとし溝１４の幅Ｗおよび長
さＬは各々2.7mmおよび5.5mmとした。 そして磁場コイルへの入力電流を種々変化させ
た場合のB9（第４図のＸで示す位置）と表面磁束
密度B0の関係を求めたところ、第１表に示す結
果が得られた。
【表】 第１表から、1500G以上のB0とするためには
3.5×103アンペアターン／ｍ以上のB9が必要とな
ることがわかる。 実施例 ２ 第３図および第４図に示す各金型についてスペ
ーサの厚さｔを変化させてｔとB9（第３図の場合
はＹで示す位置）の関係を求めたところ第１０図
に示す結果が得られた。但し、スペーサの外径は
いずれも41.8mmφとした。磁極数Ｍは２４であ
る。 第１０図において破線（F1〜F4）は第３図に
示す金型（但し、W1＝W2）を用いると共に、起
磁力（単位：103アンペアターン）を各々4.42
（F1）、5.34（F2）、6.27（F3）、7.22（F4）とした場
合の結果を示し、実線（G1〜G4）は第４図に示
す金型（但し、W1＝W2＝5.5mm、W′＝0.55mm、
＝0.5mm）を用いると共に起磁力（単位：103ア
ンペアターン）を各々4.85（G1）、5.91（G2）、6.94
（G3）、8.00（G4）とした場合の結果を示してい
る。 第１０図から明らからなように、リング状スペ
ーサの厚さｔがπ・ｄ／３・Ｍを越えるとB9が
大幅に低下してしまい、よつて所定の表面磁束密
度B0を有する永久磁石が得られないことがわか
る。 実施例 ３ 実施例１において、加圧開始前のみパルス磁場
を印加して加圧成形した場合イと加圧開始以降に
パルス磁場を印加した場合ロの磁気特性の比較を
行ない、第３表に示す結果が得られた。ただし第
７図の空間の高さａおよび第８図の距離Ｃは共に
20mmに設定した。ただしパルス磁場はイ，ロ共に
５回連続して行なつた。
【表】 第３表から明らかなように、直線性の点からパ
ルス磁場の印加は加圧開始以降に行なう必要があ
ることがわかる。 実施例 ４ 実施例１において、第８図の距離Ｃを20mm、
B9を4.7×103アンペアターン／ｍ、加圧中に５回
連続パルス磁場を印加した条件で、第７図の高さ
ａを変化させて表面磁束密度B0を求めたところ
第４表に示す結果が得られた。ただし焼結後の取
代は各条件とも直径で1.3mmとした。
【表】 第４表から明らかなように、高さａが増加する
につれて上パンチ側の表面磁束密度B0が高くな
り、ａが10mm以上では上パンチ側とで表面磁束密
度B0が同一になる。すなわち成形空間を原料で
満した後ダイスを再上昇させることにより直線性
が改善されることがわかる。 実施例 ５ 実施例４において、第７図の高さａを20mmと
し、第８図の距離Ｃを変化させた以外は同様の条
件で製造を行ない、表面磁束密度B0を求めたと
ころ、第５表に示す結果が得られた。
【表】 第５表から明らかなように、距離Ｃと上パンチ
下降量ｂとの差が少なくなるにつれて上パンチ側
と下パンチ側との表面磁束密度B0の差は少なく
なり、距離Ｃが下降量ｂと等しくなると上パンチ
側と下パンチ側とで表面磁束密度B0は等しくな
ることがわかる。 実施例 ６ 実施例５において、第７図の高さａおよび第８
図の距離Ｃを共に20mmとし、第９図の隙間ｅを
種々変化させた以外は同様の条件で製造を行な
い、表面磁束密度B0を求めたところ第６表に示
す結果が得られた。
【表】 第６表から明らかなように、隙間ｅが大きくな
る程上パンチ側の表面磁束密度B0が乱れてしま
うことから、パルス磁場は上パンチが原料粉末と
接触するとほぼ同時期に印加するとよいことがわ
かる。 なお以上の各実施例で表面磁束密度B0は各磁
極（24極）の値を平均したものである。 以上に記述の如く、本発明によれば、高い磁気
特性と良好な直線性を示す表面多極異方性を有す
る円筒状永久磁石が安定して得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に使用される成形装置の一例を
示す縦断面図、第２図は第１図のＡ―Ａ矢視図、
第３図は第２図のＢ部拡大図、第４図は本発明に
使用される金型の他の例を示す要部拡大図、第５
図および第６図はそれぞれ従来の成形法に係わる
金型の要部断面図および永久磁石の磁束密度分布
を示す図、第７図ないし第９図は本発明の成形法
に係わる金型の要部断面図、第１０図はスペーサ
の厚さとB9の関係を示す図である。 １：ダイス、２：コア、３：成形空間、４：上
パンチ、７：下パンチ、１０：電磁コイル、１
６：リング状スペーサ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒状の成形空間を有しかつ該成形空間の周
    囲に所定の磁極数に対応する磁場コイルを備えた
    金型内に強磁性粉末を充填し、前記磁場コイルに
    通電することにより、前記強磁性粉末に異方性を
    付与しながら上パンチおよび下パンチ間で前記強
    磁性粉末を加圧成形し、得られた成形体を焼結し
    ついで前記異方性の付与された方向と同一方向に
    着磁する円筒状永久磁石の製造方法において、前
    記成形空間と前記磁場コイルとの間に非磁性材料
    からなりかつ下記式で定められた範囲の厚さ
    （ｔ）を有するリング状スペーサを設け、前記磁
    場コイルにより前記成形空間の外周面における磁
    場強度が3.5×103アンペアターン／ｍ以上のパル
    ス磁場を発生させ、表面に８極以上の多極異方性
    を有する成形体を得ることを特徴とする円筒状永
    久磁石の製造方法。 ｔ＜π・ｄ／３・Ｍ 但し、ｄ：スペーサの内径 Ｍ：磁極数 ２ 成形空間に強磁性粉末を充填した後金型を所
    定量上昇させ、しかる後上パンチを下降させ次い
    で上パンチが強磁性粉末と接触した直後からパル
    ス磁場を印加することを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の円筒状永久磁石の製造方法。 ３ 強磁性粉末の上パンチによる圧縮変位量と略
    同等の圧縮変位量を下パンチから与えながら加圧
    成形することを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載の円筒状永久磁石の製造方法。 ４ 成形空間の内面にもパルス磁場を印加するこ
    とにより、内周面にも多極異方性を有する成形体
    を得ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
    載の円筒状永久磁石の製造方法。
JP58088962A 1983-05-20 1983-05-20 円筒状永久磁石の製造方法 Granted JPS59216453A (ja)

Priority Applications (5)

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JP58088962A JPS59216453A (ja) 1983-05-20 1983-05-20 円筒状永久磁石の製造方法
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