JPH05258947A - リング磁石及びリング磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】超急冷磁石の押出し成形において、押出し方向
に直行する面の磁気特性を均一化し高保磁力、高エネル
ギー積を有するリング磁石の押出し成形方法。 【構成】磁石の素形材を高温下で押出し成形するにあた
り、最終の押出し成形方向と反対の方向で押出し成形
し、押出し方向に直行する面の塑性ひずみ分布に勾配を
設けた素形材を用いる。 【効果】素形材の製作時に、最終のリング押出し成形時
に生じるひずみ勾配とは逆のひずみ勾配が生じる方法で
成形した素形材を用いたため、押出し成形後のリング磁
石の半径方向の磁気特性が均質なものが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の目的は、ＯＡ、ＦＡ外部
磁気記憶装置等に使われるモータ用リング形状永久磁石
及びその製造方法に関するものであり、その肉厚が２ｍ
ｍ以下の高エネルギー積、かつ、ラジアル異方性を有す
るリング形状永久磁石及びその製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】通常、ボイスコイル型リニアーモータ
は、構造が簡単であり、しかも高速直線運動の駆動源と
して優れているので、多くの用途に使用されている。特
に磁気ディスク装置においては、磁気ヘッドを磁気ディ
スクの一つのトラック位置から他のトラック位置へ高
速、高精度で移動させることが必要なので、磁気ヘッド
の位置決め手段として他のモータよりもアクセスタイム
の短いボイスコイル型リニアーモータが多用されてい
る。

【０００３】一般にボイスコイル型リニアーモータは、
円筒状外周ヨークと、センターヨークと、可動コイルと
を備えている。（例えば、特公昭５０−４２４１号、特
開昭５８−１２３３６１号参照）モータ用永久磁石とし
ては、アルニコ磁石、フェライト磁石あるいは希土類コ
バルト磁石等が一般に使用されている。ボイスコイル型
リニアーモータにおいては、永久磁石の厚さが制限され
て動作点を高くとれない（磁気回路の構造によっても異
なるが、パーミアンス係数Ｐｃは一般に０．８〜３程度
である。）ので、保磁力の高いフェライト磁石あるいは
希土類コバルト磁石を用いることが必要となる。特に、
磁気ディスク装置の小形化及び高性能化にともなって、
ボイスコイル型リニアーモータにも同じことが要求され
るので、希土類コバルト磁石が多用されている。（例え
ば特開昭５６−７４０７７号参照）最近は、ボイスコイ
ル型リニアーモータの、より一層の小形化及び、高性能
化が要求されるようになってきたので、磁気空隙内に高
い磁束密度を得るために、希土類−鉄−ボロン（Ｒ−Ｆ
ｅ−Ｂ）系永久磁石（例えば、特公昭６１−３４２４２
号参照）を用いたボイスコイル型モータあるいはリニア
ーモータが使用されるようになってきた。（特開昭６１
−２１０８６２及び特開昭６１−２６６０５６号参照）
しかし、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石を用いてボイスコイ
ル型リニアーモータの磁気回路を組み立てる場合、従来
は多数個のアークセグメント状磁石を準備し、ついでこ
れらの磁石を接着等の手法により円筒状外周ヨークの内
周面に貼設して円筒状磁石としていた。

【０００４】あるいは、粉末冶金的製法により、直接に
リング状永久磁石を作製していた。また、近年、磁性粉
末から成形された素形材を押出し加工により成形する方
法が提案されている。（例えば特開平２−１９６４０
８）

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来技術において記述
した如くボイスコイル型リニアーモータに使用される永
久磁石はアーク形状であり、リング形状にするために
は、接着などの工程を要し、製作コストの増加を招く。
また、複数個に分割されたアークセグメントの接着部分
には、ある程度の継目が生じてしまい、ギャップ部の位
置によって磁束密度にバラツキが生じ、可動コイルの駆
動性能が悪くなるという問題があった。

【０００６】粉末冶金的な手法により製作されたリング
形状磁石においては、上記問題点は解決されるが、永久
磁石応用品の小形化に供す肉厚が薄く、かつ、高性能な
物が要求される。しかし粉末冶金手法によりリング形状
磁石を作製する場合、肉厚をが２ｍｍ以下に薄くするこ
とは、金型への粉末の充填を困難にする。さらにリング
の高さが肉厚の５倍（１０ｍｍ）以上の高さになると、
圧密成形時に粉体内への圧力伝達が不均一になり、リン
グの高さ方向に密度勾配を生じる。それがため、磁化後
の磁気特性が不均一になる。また、圧密成形時の圧力伝
達が不均一なことにより、密度が上がらず、２ｍｍ以上
のリング磁石に比べ最大エネルギー積が低下するなど欠
点がある。しかも、上記手法で高磁気材料と言われるＳ
ｍ−Ｃｏ系材料を用いて２ｍｍ以上のリングを成形して
も最大エネルギー積が３０ＭＧＯｅに達するものは得ら
れていない。

【０００７】また、本発明の対象材料であるＮｄ−Ｆｅ
−Ｂ系材料を用いた押出し加工においても、従来の一方
向のみの押出し加工方法を用いるとリングの内周と外周
とで塑性ひずみに大きな勾配を生じ、これが原因でリン
グ形状磁石の径方向における磁気特性が不均一になり、
その結果として肉厚２ｍｍ以下の薄肉リング磁石におい
ては、最大エネルギー積が３０ＭＧＯｅ以上の高性能磁
石が得られないという問題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、肉厚２ｍｍ以
下、最大エネルギー積３０ＭＧＯｅでかつラジアル異方
性を有することを特徴とするリング形状永久磁石および
その製造方法である。

【０００９】本発明においては、従来、アーク形状永久
磁石が使用されていた小型・高性能である永久磁石応用
品に適用できるラジアル異方性リング形状永久磁石を前
方及び後方押出し加工を組合わせることにより製造する
ことを可能にする。

【００１０】そこで本発明では、高温下で押出し成形さ
れるリング磁石素材（以下素形材と呼称する）に、あら
かじめ最終の押出し成形によって生じる反対側の方向
に、大きな塑性ひずみを与えた素形材を製作し、この素
形材を用いて押出し成形する。

【００１１】これにより、押出し方向に直行する面の半
径方向の塑性ひずみはほぼ均一化され、直行面の磁気特
性も均質で、高保磁力を有する磁石を成形することが出
来る。

【００１２】また、従来の一方向のみの押出し成形に比
べ、一回の押出し変形率が半減でき、かつ、ひずみが均
一化するために、押出し成形時の型表面に生じる面圧が
低減でき、良質な面性状の成形品が得られるようになっ
た。

【００１３】このように、素形材にあらかじめ押出し成
形で生じる方向と反対の方向に、大きな塑性ひずみを与
えておいて、押出し成形する事により、高性能で良質な
面性状を有するリング状の永久磁石の量産が可能になっ
た。

【００１４】

【作用】一般に押出し成形における塑性ひずみの大きさ
は、押出し方向及び円周方向においては、それぞれ均一
な大きさのものが得られるが、押出し方向に直行する面
の半径方向ではひずみに勾配を生じる。

【００１５】例えば、前方押出し成形の場合は、外径を
縮少していく加工方法のため、中央部分の半径方向ひず
みは、ほとんど変化しないが、外周側では大きなひずみ
が生じ、中央部分より外周側に増大するひずみ勾配が生
じる。このため、この方法で成形した磁石の磁気特性
は、外周側は大きいが中央側になるに従って、磁力が小
さくなるという欠点があった。

【００１６】一方、後方押出し成形の場合は、外径を増
大していく加工方法のため、外周側の半径方向ひずみ
は、ほとんど変化しないが、内径側では大きなひずみが
生じ、外周側より中央側に向かって増大化するひずみ勾
配が生じる。このため、この方法で成形した磁石の磁気
特性は、中央側は大きいが外周側になるに従って、磁力
が小さくなるという欠点があった。

【００１７】このように押出しにより成形した場合、そ
の押出し方向によって半径方向の磁気特性が異なり、か
つ、不均一な特性になるという欠点があった。

【００１８】そこで、本発明では、素形材の製作時に、
リング押出し成形時に生じるひずみ勾配とは逆のひずみ
勾配が生じる方法で成形したものを用い、これを押出し
成形することで、リングの半径方向に均質な磁気特性を
有する磁石を成形できるようになった。また、この方法
を採用したことにより、押出し成形時の加工率を低減で
きるため、成形時の成形力も低減できることから良質な
面性状の永久磁石が得られるようになった。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図１３に
より説明する。図１ないし図７は、本発明のリング磁石
を成形する方法を示す説明図で、図１は、素形材を成形
する前の圧密素材を示す正面図、図２は、圧密素材を後
方押出しで成形した素形材の形状を示す断面図、図３、
図４は、図２に示す素形材を後方押出し成形する場合の
成形工程及び、成形型の断面図、図５、図６は、図２に
示すリング状の素形材を用いて、リング磁石を後方押出
しにより成形するための成形工程及び、成形型の断面
図、図７は、リング磁石を後方押出しで成形する場合の
成形型の断面図を示す。図８ないし図１２は、本発明の
方法で成形したリング磁石の特性を説明するためのもの
で、図８は、一実施例に係るボイスコイル型リニアーモ
ータの断面図、図９は本発明で使用されるリング磁石の
平面図、図１０は本発明のリング磁石をローターに応用
した着磁説明図、図１１は、その時のＢｇ波形図、図１
２は、従来及び本発明の方法で成形した磁石の半径方向
の磁気特性測定結果の説明図、図１３は、磁気特性測定
用試料の切り出し部の説明図を示す。

【００２０】図１ないし図７ににおいて、１は押出し成
形後のリング磁石、１ａは素形材を成形するためのもと
の圧密された素材、１ｂは圧密された素材を後方押出し
で予備成形した素形材、２は素形材の成形型のポンチ、
３はダイス、４は、素形材を用いてリング磁石を成形す
る前方押出し型において素形材の外周拘束とステム可動
時の案内をするためのコンテナ、５はリング磁石を成形
するためのダイス、６は、ダイス３を保持し、かつ、押
出し成形力にたえるホルダー、７は、素形材１ｂを押し
出すためのステム、８はリング磁石の内径を成形するた
めのマンドレル、９は、後方押し出しでリング磁石を成
形する場合の成形型のポンチ、１０はダイス、１１はポ
ンチの先端を逃がす下板、１２は下板を保持し、かつ、
押し出し成形力にたえるホルダーを示す。

【００２１】図８において、１３は円筒状の外周ヨー
ク、１４は後部ヨーク、１５はセンターヨーク（図では
中実であるが、中空であってもよい）であり、いずれも
軟鉄、鋼等の強磁性材料により形成される。外周ヨーク
１３の端には後部ヨーク１４が固着され、後部ヨーク１
４の中央には外周ヨーク１３と同心にセンターヨーク１
５が固着されている。外周ヨーク１３の内面には、Ｎｄ
−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石からなる、半径方向に磁気異方性
一体のリング状磁石１が固着されている。このリング磁
石はＢｇの円周方向のバラツキを防ぐために、少なくと
も円周方向においては継目がないことが必要である。

【００２２】以下、実施例の構成及び方法について説明
する。

【００２３】実施例１ Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系超急冷フレークからなる粉体を、予備
成形した圧粉体を高温下で円板 （φ３０×ｈ１０）
に圧密成形した圧密素材１ａを図３図４に示す後方押出
し成形型を用い図２に示す円筒形状の素形材１ｂ（φ３
０×φ２２×ｈ２１）を成形する。 なお、素形材の成
形は、素材１ａを図３の押出し成形型に挿入し成形に好
ましい温度７００℃にヒータ（図示せず）を用いて加熱
する。加熱する場合、押出し成形型及び圧密素材１ａの
酸化を防止するため、押出し成形型及びヒータを囲む雰
囲気層を設け、内部を真空あるいは、Ａｒガス等の不活
性ガスを充満できる構造の装置で行う。本実施例では、
真空中で行った。

【００２４】素形材１ｂの成形は、約７００℃に到達
後、押出し成形型のポンチ２を下降させ（圧力付加装置
は図示せず）、円筒状の素形材１ｂを成形した。この時
の押出し成形力は、約４０ｋｇ／ｍｍ²、押出し速度は
０．３ｍｍ／ｓｅｃで行った。

【００２５】図１２に、この方法で成形した磁石の押出
し方向に直行する面の、半径方向の磁気特性例を示す。
この場合、残留磁束密度は内径側が大きく、外径側が小
さくなるような分布になり、保持力は内径側が小さく、
外径側が大きくなる分布になる。

【００２６】本発明の成形方法は、上記方法で成形した
素形材１ｂを用いてリング磁石１を前方押出し成形する
ことにある次に、素形材１ｂを用いてリング磁石１を前
方押出し成形する方法を説明する。

【００２７】リング磁石１の成形は、素形材１ｂを図５
に示す前方押出し成形型のコンテナ４の内部に挿入し、
素形材１ｂの押出し成形に適し、かつ、磁石の磁気特性
を得るために好ましい温度約７００℃にヒータ（図示せ
ず）を用いて加熱する。

【００２８】高温の加熱にあたっては、素形材１ｂの成
形時と同様、成形型及び素形材１ｂの酸化を防止するた
め、押出し成形型及びヒータを囲む雰囲気槽を設け、本
実施例では、真空中で行った。

【００２９】磁石の素形材１ｂを約７００℃に加熱後、
約５分間保持した後、前方押出し成形を行った。成形
は、前方押出し成形型のステム７に圧力を付加し（圧力
付加装置は図示せず）ステム７をダイス５側に押し込む
事により、ダイス５の下部より薄肉のリング磁石１を押
出した。この時の押出し成形力は、約２０ｋｇ／ｍ
ｍ²、押出し速度は、０．３ｍｍ／ｓｅｃで行った。図
６に押出し成形途中の成形型、磁石の素形材１ｂ及び成
形されつつある薄肉のリング磁石１の様子を示す。

【００３０】このように、リング磁石１の押出し成形に
おいて、１方向押出し成形だけでなく反対方向の押出し
成形を与えることにより、押出し方向に直行する面の半
径方向の塑性ひずみが均等化されるため、押出しの変形
抵抗も低減された。また、押出し力の低減と、塑性ひず
みの均等化から成形型の損傷も少なくなり、良質な面性
状のリング磁石が成形できるようになった。

【００３１】上記方法により、内径２２ｍｍ、外径２
５．８ｍｍ、長さ約４０ｍｍの薄肉状のリング磁石１を
成形した後、所定の長さに切断し、内周及び外周を０．
１ｍｍ〜０．２ｍｍ研削除去した後、磁化した磁石の破
断面をＦＥ−ＳＥＭにより結晶粒の観察を行った結果、
ラジアル異方性を有していることが確認できた。また、
磁気特性を測定した結果、図１２、表１に示すように半
径方向に均一で、従来の粉末冶金的手法により作製した
アーク形状のＳｍ−Ｃｏ系永久磁石（比較例１）及び、
後方押出し加工のみを施したリング状Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系
永久磁石（比較例２）よりも高性能（最大エネルギー積
が３５．２ＭＧＯｅ）な磁石が得られた。

【００３２】

【表１】

【００３３】上記実施例では、素形材１ｂを後方押出し
成形し、リング磁石１を前方押出し成形で成形したが、
その方法を逆にしても成形されるリング磁石１の特性と
しては、同等の物が得られる。図７は、前方押出し成形
した素形材１ｂを用いて、リング磁石１を後方押出し成
形中の成形型、素形材１ｂ及びリング磁石１を示す。以
下、実施例４まで、これらの３種の磁石に付いて比較検
討した。

【００３４】実施例２ 前記本発明の成形方法で成形したリング状磁石に表面処
理をしたあと、図８に示す磁気回路を組み立てた。ここ
で各ヨークは軟鋼で形成した。また磁石の表面はＣｕで
被覆した。

【００３５】この磁気回路のＢｇを円周方向に測定し
た。比較例として、アークセグメントを用いたとき（比
較例１）、従来の後方押出しにより作製されたリング形
状を用いたとき（比較例２）についても測定した。その
結果を表２に示した。

【００３６】

【表２】

【００３７】実施例２で示される様に、本発明により得
られたリング磁石を用いると、ギャップ磁束密度は非常
に高く均一である。

【００３８】実施例３ 実施例２で用いた磁気回路を用いて、ボイスコイルモー
タを作製し、モータの性能を評価した。比較例として、
アークセグメントを用いたとき（比較例１）、従来の後
方押出しにより作製されたリング形状を用いたとき（比
較例２）についても測定した。その結果を表３に示す。

【００３９】

【表３】

【００４０】実施例に示すように、本発明によるリング
磁石は、その磁気特性の均一化により、アクセスタイム
に非常に優れていることが分かる。

【００４１】実施例４ 次に本発明のリング磁石をローターに応用した例を示
す。このとき、着磁は図１０の様に４極着磁を行った。
そのときのＢｇ波形を図１１に示す。図１１から分かる
ように、本発明品は、Ｂｇの絶対値はたかく、かつ、正
弦波を描きロータの動きも滑らかになることが期待でき
る。

【００４２】比較例１においては、Ｂｇ＝０からの立上
りが悪く、比較例２においてはＢｇの絶対値は低い。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、超急冷異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ
系磁石の弱点であった、半径方向の塑性ひずみを等分布
化することが出来るため、半径方向、円周方向、及び、
押出し方向のそれぞれの方向で均質な磁気特性を有する
リング状の永久磁石を容易に生産することが出来る。

【００４４】さらに、押出し成形力の低減が出来るた
め、成形品の面性状も良好で、また、成形型の損傷も少
なくなり金型寿命も大幅に改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】素形材を成形するまえの圧密素材を説明する正
面図である。

【図２】圧密素材を後方押出しで成形した素形材の形状
を示す断面図である。

【図３】素形材を成形するための後方押出し成形型の断
面図である。

【図４】素形材を成形するための後方押出し成形型の断
面図である。

【図５】リング状の素形材を用いてリング磁石を前方押
出成形する押出し型の断面図である。

【図６】リング状の素形材を用いてリング磁石を前方押
出し成形する押出し型の断面図である。

【図７】リング状の素形材を用いてリング磁石を後方押
出し成形する押出し型の断面図である。

【図８】本発明の一実施例に係るボイスコイル型リニア
ーモータの断面図である。

【図９】リング磁石の平面図である。

【図１０】本発明のリング磁石をローターに応用した着
磁説明図である。

【図１１】上記ローターのＢｇ波形図である。

【図１２】従来及び本発明の方法で成形したリング磁石
の半径方向の磁気特性測定結果図である。

【図１３】図１２に示す磁気特性を測定するための、測
定試料の切り出し部を示す断面図である。

【符号の説明】

１…リング磁石、 １ａ…磁石の圧密素材、 １ｂ…素形材、 ２…ポンチ、 ３…ダイス、 ４…コンテナ、 ５…ダイス、 ６…ホルダー、 ７…ステム、 ８…マンドレル、 ９…ポンチ、 １０…ダイス、 １１…下板、 １２…ホルダー、 １３…外周ヨーク、 １４…後部ヨーク、 １５…センターヨーク、 １６…保護部材、 １７…ボイスコイル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｆ 41/02 Ｇ 8019−5Ｅ (72)発明者 徳永 雅亮 埼玉県熊谷市三ケ尻5200番地日立金属株式 会社磁性材料研究所内 (72)発明者 篠田 誠 埼玉県熊谷市三ケ尻5200番地日立金属株式 会社磁性材料研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】肉厚２ｍｍ以下、最大エネルギー積３０MG
   Oe以上で、かつ、ラジアル異方性を有することを特徴と
   するリング磁石。
2. 【請求項２】請求項１のリング形状磁石の押出し成形に
   おいて、素形材に前方押出しで成形したものを用いて、
   後方押出し成形により成形したことを特徴とするリング
   磁石の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１のリング形状磁石の押出し成形に
   おいて、素形材に後方押出しで成形したものを用いて、
   前方押出し成形により成形したことを特徴とするリング
   磁石の製造方法。
4. 【請求項４】請求項２又は３において、前記磁性体にＮ
   ｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性材料を用い、高温下で押出し成形す
   ることを特徴とするリング磁石の製造方法。