本发明涉及由含有稀土类物质的磁体材料颗粒的一体烧结结构构成的稀土类磁体形成用烧结体、及对该稀土类磁体形成用烧结体进行磁化而得到的稀土类永磁体。本发明还涉及具备在转子芯的圆形外表面上以预定的端面间间隔配置有多个对稀土类磁体形成用烧结体进行磁化而得到的稀土类永磁体而成的转子的电动机或发电机那样的旋转电机。本发明尤其涉及在具有表面磁体排列的转子的旋转电机中使用的、适于构成极各向异性环磁体的稀土类永磁体、及用于形成这样的稀土类永磁体的稀土类磁体形成用烧结体。
背景技术：
极各向异性环磁体是以形成该磁体的磁体材料颗粒的磁化方向与旋转角一起连续地变化的方式构成并优选实现正弦波形状的表面磁通分布的磁体，使用了含有稀土类物质的合金材料颗粒作为磁体材料颗粒的极各向异性环磁体例如被公开于日本特开2000-195714号公报(专利文献1)及日本特开2000-269062号公报(专利文献2)中。专利文献1中公开的稀土类磁体是稀土类磁体材料颗粒被树脂材料结合而成的粘结磁体，专利文献2中公开的磁体是烧结磁体。
在这种极各向异性环磁体中，意图减小齿槽转矩的磁体结构被公开于日本特开2004-207430号公报(专利文献3)中。根据该专利文献3的记载，在使用属于含有稀土类物质的磁体材料的ndfeb系材料的磁体中，在使磁体材料颗粒的易磁化轴取向的取向工序以及对磁体材料颗粒进行烧结的烧结工序中，会产生取向偏差和热膨胀系数的各向异性，其结果，存在烧结后的易磁化轴的取向被分散这样的问题。专利文献3中，为了应对该问题，建议在磁体材料颗粒的取向工序中，提高对磁体材料颗粒的易磁化轴的取向方向成为环磁体的半径方向的极位置施加的磁场的强度，从而使得环磁体的极位置和与其邻接的极位置之间的角度的偏差为10％以下。
日本特开2004-208341号公报(专利文献4)建议代替这种极各向异性环磁体，为了降低齿槽转矩而设为如下的构成：使多个磁体片以环状或隔开间隔而配置于转子表面，将作为构成要素的磁体片各自中的朝向旋转电机的定子的面制成比转子的圆周面的曲率大的曲率的弧状的横截面形状，该磁体片的厚度从圆周方向中央部朝向端部方向而减少。该专利文献4中记载的磁体是以弧状的表面与形成为大致直线状的定子齿的面相对的方式配置的磁体，通过使转子侧的磁体与定子侧的齿之间的间隙不均等，并使磁体片的圆周方向两端部附近的表面磁通减少，来谋求齿槽转矩的减少。该构成必须增大定子与转子之间的间隙，可以预见到磁体效率降低这样的缺点。
国际公开wo2012/090841号(专利文献5)教导了在将多个具有圆弧状横截面的柱状的稀土类烧结磁体配置为圆柱状的结构的磁体中，利用磁体材料颗粒的易磁化轴的取向控制来达成极各向异性的表面磁通分布。该专利文献5的教导如下：在各个圆弧状横截面的柱状磁体中，通过将磁体材料颗粒的易磁化轴的取向在圆周方向的端面中设定为与该端面垂直的方向、在半径方向外侧的圆弧状面的圆周方向中央部设定为半径方向、在中间部设定为遵照从该端面中的取向方向到该中央部中的取向方向连续的曲线的方向，从而在将多个柱状磁体配置为圆柱状而得到的磁体中实现极各向异性取向。在日本特开2002-134314号公报(专利文献6)及日本特开2005-044820号公报(专利文献7)中也公开了进行了同样的取向控制的圆弧状截面的柱状磁体。
在专利文献5及6中记载的这种将多个圆弧状横截面的柱状磁体配置为圆柱状而得到的构成中，由于在柱状磁体的圆周方向端面间必然会产生的端面间间隙，在该端面间间隙位置处，表面磁通分布会变得大幅偏离正弦波形状，其结果，齿槽转矩的减少无法充分地达成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-195714号公报
专利文献2：日本特开2000-269062号公报
专利文献3：日本特开2004-207430号公报
专利文献4：日本特开2004-208341号公报
专利文献5：国际公开wo2012/090841号
专利文献6：日本特开2002-134314号公报
专利文献7：日本特开2005-044820号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
本发明着眼于专利文献5及6所记载的这种将多个圆弧状横截面的柱状磁体配置为圆柱状而成的构成中的、由于在柱状磁体的圆周方向端面间必然会产生的端面间间隙而导致在该端面间间隙位置处表面磁通分布变得大幅偏离正弦波形状的问题，其主要目的在于，提供一种能够解决该问题的圆弧状截面柱状磁体。
用于解决问题的方案
本发明为如下技术方案：在于旋转电机的转子的周面隔着端面间间隙沿着圆周方向排列并配置而形成极各向异性环磁体的圆弧状横截面的多个柱状磁体中，通过使各个柱状磁体的圆周方向两端部处的规定区域中的磁化方向从预定的极各向异性取向仅错开规定角度，从而使圆周方向两端部的表面磁通的分布形状接近正弦波。本发明提供用于形成能够达成这样的正弦波形状的表面磁通分布的稀土类永磁体的稀土类磁体形成用烧结体、及对该烧结体进行磁化而得到的稀土类永磁体。
即，本发明的稀土类磁体形成用烧结体是立体形状的，由含有稀土类物质的磁体材料颗粒的一体烧结结构构成，所述立体形状具有由具有第1曲率半径的半径方向外侧圆弧状表面、以比该第1曲率半径小的第2曲率半径具有与该外侧圆弧状表面同心的圆弧形状的半径方向内侧圆弧状表面、和作为沿着从该圆弧形状的圆中心延伸的假想半径线的半径方向面的第1端面及第2端面构成的形状的横截面，且具有与该横截面呈直角方向的轴向长度。在该烧结体结构中，外侧圆弧状表面及内侧圆弧状表面分别具有与角度范围2ω对应的圆周方向长度，所述角度范围2ω是分别规定该第1端面及第2端面的2根假想半径线所成的角度范围。进而，磁体材料的易磁化轴按照如下方式进行取向：在将上述的圆中心与外侧圆弧状表面的圆周方向中心点连结的中心半径线上，沿着该中心半径线向半径方向外向取向，在去除被定义为从第1端面及第2端面到角度范围εω为止的区域的端部区域而得到的中央区域2(1-ε)ω中，在位于与该中心半径线呈角度θ的位置的任意的半径线上的位置，沿着相对于该任意的半径线从半径方向外向的方向朝向该中心半径线的方向仅旋转了角度φ的方向取向，在端部区域中，沿着比角度φ朝向半径方向外向进一步旋转了5°以上的方向取向。这种情况下，ε为0.1≤ε≤0.6，角度φ为由式φ＝(90°-d)·θ/ω规定的角度。其中，d为规定为0°<d≤5°的范围内的角度的常数。
在上述的稀土类磁体形成用烧结体的一个方式中，端部区域中的所述磁体材料的易磁化轴的取向方向可以设定为φ＝(1-ε)·(90°-d)。在另一方式中，端部区域中的磁体材料的易磁化轴沿着由下式规定的方向取向。
式φ＝(1-ε)·(90°-d)-(δ/(ε·ω))·(θ-(1-ε)·ω)
其中，δ为0<δ≤(1-ε)·(90°-d)的范围内的常数。
进而，本发明的另一方式的稀土类磁体形成用烧结体的端部区域中的磁体材料的易磁化轴沿着由下式规定的方向取向，
式φ＝(90°-d)·θ/ω-m·(θ/ω-1+η)n
其中，m为0<m的范围内的常数，n为1<n的范围内的常数，η为0.2≤η≤0.9的范围内的常数。
本发明还提供对具有上述的方式构成的稀土类磁体形成用烧结体进行磁化而得到的稀土类永磁体。进而，本发明提供一种旋转电机，其具备转子，所述转子在转子芯的圆形外周面上沿着圆周方向排列配置有多个上述的稀土类永磁体。进而，本发明提供一种旋转电机，其具备转子，所述转子在转子芯的圆形外表面上以角度d的2倍的端面间间隔配置有多个对稀土类磁体形成用烧结体进行磁化而得到的稀土类永磁体。
发明的效果
根据本发明，通过使稀土类磁体形成用烧结体的端部区域中的磁体材料的易磁化轴的取向从极各向异性取向错开而如上述那样取向，从而即使是在将对该烧结体进行磁化而得到的磁体隔着端面间间隔配置为环状的情况下，也能够使该端面间间隔的附近的磁通分布接近正弦波。因此，能够减少使用该磁体的旋转电机中的齿槽转矩。
附图说明
图1(a)是表示构成极各向异性环磁体的扇形体磁体中的磁化方向的扇形体磁体的横截面图。
图1(b)是表示图1(a)中示出的扇形体磁体中的磁化方向φ与距圆周方向中心的圆筒坐标θ的关系的图表。
图2是表示在圆周方向上邻接的2个扇形体磁体间形成的间隙的放大剖视图。
图3(a)是表示在将多个圆弧状扇形体磁体沿着圆周方向排列而成的极各向异性环磁体中获得的大致正弦波形状的磁通分布的图表。
图3(b)是将在圆周方向上邻接的2个扇形体磁体间的极间区域处形成的间隙的附近的磁通分布放大表示的图表。
图4是表示用于形成本发明的一个实施方式的极各向异性环磁体的扇形体磁体中的磁化方向的、与图1(a)同样的扇形体磁体的横截面图。
图5是表示图4中示出的本发明的实施方式的扇形体磁体中的磁化方向φ与距圆周方向中心的圆筒坐标θ的关系的图表。
图6是表示本发明的另一实施方式的扇形体磁体中的磁化方向φ与距圆周方向中心的圆筒坐标θ的关系的图表。
图7是表示本发明的又一实施方式的扇形体磁体中的磁化方向φ与距圆周方向中心的圆筒坐标θ的关系的图表。
图8是表示本发明的实施方式的永磁体形成用烧结体的制造工序的示意图，(a)～(d)表示到生片形成为止的各阶段。
图9是表示本发明的第一实施方式的磁体材料颗粒的易磁化轴取向处理的加工用薄片的剖视图，(a)表示磁场施加时的薄片的截面形状，(b)表示在磁场施加后实施了变形处理后的烧结处理用薄片的截面形状，(c)表示成形后的端部切断工序。
图10的(a)是表示本发明的第二实施方式的磁体材料颗粒的易磁化轴取向处理的加工用薄片的剖视图，(b)是表示本发明的第三实施方式的磁体材料颗粒的易磁化轴取向处理的加工用薄片的剖视图。
图11是表示预烧处理中的优选的升温速度的图表。
具体实施方式
图1(a)(b)中示出用于构成6极的极各向异性环磁体的扇形体磁体1中的磁化方向。扇形体磁体1是在点o处具有曲率中心的圆弧形状，具有由与相当于极各向异性环磁体的1极量的角度范围2λ大致对应的角度范围2ω规定的周长和特定的厚度。相对于与图示的1极量相当的扇形体磁体1，在圆周方向上邻接地配置与下一极量相当的扇形体磁体2。邻接的2个扇形体磁体1、2以邻接的圆周方向的端面1a、2a彼此相对的方式排列，但在上述相对配置的2个端面1a、2a间，形成角度间隔2d的间隙g。
图2中将端面1a、2a间的间隙g放大表示。图2中，附图标记3表示电动马达那样的旋转电机的转子，附图标记4表示定子，各扇形体磁体1、2被配置于转子3的周面上。如此，在多个扇形体磁体的配置中，由于在彼此之间不可避免地形成角度间隔2d的间隙g，因此，各扇形体磁体中的1极量的角度范围2λ成为确定该扇形体磁体的周长的角度范围2ω加上各端的间隙g的角度范围2d的1/2而得到的值，以2λ＝2ω+2d表示。并且，在将连结扇形体磁体1的外周面中的圆周方向中心点a与扇形体磁体1的圆弧的曲率中心即点o的半径线设为中心半径线rc、将位于自该中心半径线rc在各端的方向上仅旋转了角度θ的半径线rc(θ)上的扇形体磁体的各点处的磁化方向与该半径线rc(θ)所成的角度设为φ时，在极各向异性环磁体中，形成该磁体的扇形体磁体1的磁化方向成为以下式表示的方向。
φ(θ)＝(π/2λ)·θ····(1)
式(1)中，“π”表示与将2极量的扇形体磁体所形成的周期性磁通分布设为一周期时的半周期量相当的角度，在将该一周期的角度表示通过以360°计算的角度表示的情况下，“π”成为表示半周期的180°的角度。因此，式(1)也可以写成
φ(θ)＝(90°/λ)·θ····(1)。
其中，表示磁化方向的角度φ将相对于半径线rc(θ)的顺时针方向设为正，将逆时针方向设为负，角度θ为距中心半径线rc的角度，将逆时针方向设为正。角度θ为0表示磁化方向为半径方向，为π/2或90°表示磁化方向为圆周方向。将式(1)所表示的角度θ、φ的关系以将θ/λ设为横坐标、将φ设为纵坐标的形式示于图1(b)中。如由式(1)及图1(b)获知的那样，角度φ和角度θ具有线形关系。将该磁化方向称为“极各向异性取向”。
在图1(a)中，与扇形体磁体1在圆周方向上邻接的扇形体磁体2的圆周方向的各位置θ处的磁化方向φ也由式(1)决定，但磁通矢量与扇形体磁体1中的磁通矢量成为相反极性。其结果，利用极各向异性环磁体，可得到图3(a)中所示那样的正弦波形状的一周期量的磁通分布。然而，在将多个圆弧状扇形体磁体在圆周方向上排列成环状而形成的极各向异性环磁体中，由于如上述那样在邻接的2个扇形体磁体1、2间会形成间隙g，因此，在与该间隙g对应的极间区域，磁通分布会变得大幅偏离正弦波形状。
图3(b)是表示对于图2中所示那样的扇形体磁体的圆周方向端部中的端面的角部具有4分之一圆形状的截面的被模型化的间隙的形状通过计算而求出的图3(a)中以附图标记b表示的极间区域中的磁通分布的图表，将横坐标的刻度放大表示。如由图3(b)获知的那样，在将多个圆弧状扇形体磁体在圆周方向上排列成环状而形成的极各向异性环磁体中，由于在极间区域中不可避免地形成间隙g，所以在与该间隙g对应的区域中，磁通分布变得大幅偏离正弦波形状。
本发明中，通过对该极间区域中的磁化方向进行校正，从而大幅地减轻、或消除磁通分布的偏离。以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
〔第一实施方式〕
图4中示出用于形成6极的极各向异性环磁体的本发明的第一实施方式的扇形体磁体11。该扇形体磁体11的基本形状与图1(a)所示的扇形体磁体1相同、呈在点o处具有曲率中心的圆弧形状，遍及与6极的极各向异性环磁体中的1极量相当的角度范围2λ的周长而配置。扇形体磁体11由于与在圆周方向上邻接的扇形体磁体12之间形成相当于上述的角度2d的间隙g，因此，如参照图1(a)而在此前所述那样，扇形体磁体11的周长变成比与1极量相当的角度范围2λ仅小角度范围2d的角度范围2ω。
本实施方式中，扇形体磁体11的、从各端的端面11a朝向圆周方向内侧跨越角度范围εω的范围被设为端部区域13，剩余的部分被设为中央区域14。在中央区域14中，与图1(a)所示的扇形体磁体1中同样，磁化方向为式(1)所表示的“极各向异性取向”。然而，本实施方式中，为了校正极间区域中的磁化方向，将端部区域13中的磁化方向设定为：
φ(θ)＝(π/2λ)·θ-m[(θ/λ)-1+α]n…(2)
或、
φ(θ)＝(90°/λ)·θ-m[(θ/λ)-1+α]n…(2)。
式(2)中，右边的第2项为修正项。其中，“α”是将规定端部区域13的半径线13a与间隙g的2等分半径线rg之间的角度范围表示为“αλ”的系数“α”。图4中，由于[(90°-d)/90°]λ＝ω、1-α＝[(90°-d)/90°](1-ε)，因此，式(2)可以如下述那样表示。
φ(θ)＝[(90°-d)/ω]θ-m[(90°-d)/90°]n·[(θ/ω)-1+ε]n…(3)
其中，由于d是远小于90°的值，因此，若将上述的式(3)的右边第2项中的[(90°-d)/90°]n作为大致等于“1”来处理，则式(2)变成如下述那样表示。
φ(θ)＝[(90°-d)/ω]θ-m[(θ/ω)-1+ε]n…(4)
本实施方式中，式(4)中，将m设为(π/2)-d即90°-d，将n设为1。其结果，端部区域13中的磁化方向φ(θ)变成以下述的式子表示。
φ(θ)＝(1-ε)(90°-d)·······(5)
若将θ/λ作为横坐标、将φ作为纵坐标来表示基于式(5)来规定端部区域13中的磁化方向的本实施方式的扇形体磁体11中的角度θ、φ的关系，则变成图5那样。如由图5获知的那样，在本实施方式的扇形体磁体11中，端部区域13中的磁化方向角度与角度θ没有关系而恒定。
该扇形体磁体11通过对含有稀土类物质的磁体材料颗粒进行烧结而制造。在制造的过程中，通过对成形为扇形体磁体的形状的磁体材料颗粒的成形体施加外部磁场，使该磁体材料颗粒的易磁化轴指向于与扇形体磁体中的磁化方向对应的方向，并进行烧结，可得到作为本发明的实施方式的磁体材料颗粒的易磁化轴被指向于规定的方向的稀土类磁体形成用烧结体。进而，通过对该稀土类磁体形成用烧结体施加外部磁场，可得到具有上述的磁化方向的稀土类永磁体。如上操作而形成的圆弧形状的稀土类永磁体在旋转电机的转子的周面上以环状配置而构成环磁体。
[第二实施方式]
本实施方式除了在上述式(4)中将m设为(π/2)-d+(δ/ε)、将n设为1以外，与实施方式1完全相同。这里，δ为任意地确定的常数。这种情况下，端部区域13中的磁化方向φ(θ)成为以下述的式子表示的方向。
φ(θ)＝(1-ε)(90°-d)-[θ-(1-ε)ω](δ/εω)…(6)
关于基于式(6)来规定端部区域13中的磁化方向的本实施方式的扇形体磁体11中的角度θ、φ的关系，若将θ/λ作为横坐标、将φ作为纵坐标来表示，则变成图6那样。如由图6获知的那样，在本实施方式的扇形体磁体11中，端部区域13中的磁化方向角度与角度θ的绝对值的增加成反比例地直线减少。
需要说明的是，δ为0<δ≤(1-ε)·(90°-d)的范围内的常数，例如可以设定为10°～70°的范围。
[第三实施方式]
本实施方式除了在上述式(4)中采用m>1、n>1的任意确定的常数以外，与实施方式1及实施方式2完全相同。这种情况下，端部区域13中的磁化方向φ(θ)变成以下述的式子表示的方向。
φ(θ)＝(90°-d)θ/ω-m[(θ/ω)-(1-ε)]n…(7)
关于基于式(7)来规定端部区域13中的磁化方向的本实施方式的扇形体磁体11中的角度θ、φ的关系，若将θ/λ作为横坐标、将φ作为纵坐标来表示，则变成图7那样。如由图7获知的那样，在本实施方式的扇形体磁体11中，端部区域13中的磁化方向角度根据角度θ基于幂律发生变化。
此外，即使在φ基于式(7)而以幂律发生变化的区域中，也存在基本没有偏离极各向异性取向的区域。在该区域中实质上可以视为极各向异性取向，可以包含于中央区域14中。为了与定义成偏离极各向异性取向的取向的端部区域13的ε相区别，式(7)如下述的式子那样表示。
φ(θ)＝(90°-d)θ/ω-m[(θ/ω)-(1-η)]n…(8)
需要说明的是，η为0.2≤η≤0.9的范围的常数，n只要为大于1的数则没有特别限定，例如可以设定为2～10的范围。此外，m只要为大于1的数则没有特别限定，例如可以设定为100～5000的范围。
实施例
针对在转子的周面将基于实施方式1、2及3的扇形体磁体11配置为换装而得到的旋转电机，对改变扇形体磁体间的间隙g时的实施例1～3、及改变极数时的实施例4～7通过计算求出扇形体磁体间间隙部附近的表面磁通失真率。将其结果示于表1中。如由表1获知的那样，与实施方式1相比实施方式2显示更高的失真率减少效果，与实施方式2相比实施方式3显示更高的失真率减少效果，但任一实施方式在与现有技术相比时均能够达成优异的失真率减少效果。根据表1的结果，本发明中，扇形体磁体间的间隙g的角度值2d必须为5以下，更优选为3以下。
[表1]
表面磁通失真率
〔稀土类磁体形成用烧结体的制造〕
以下，对制造本发明的稀土类磁体形成用烧结体的方法的实施例进行说明。
首先，参照图8对图4及图5中所示的第一实施方式的稀土类磁体形成用烧结体1的制造方法进行说明。图8是表示第一实施方式的永磁体形成用烧结体1的制造工序的示意图。
首先，利用铸造法制造由规定比率的nd-fe-b系合金构成的磁体材料的铸锭。代表性的是，钕磁体中使用的nd-fe-b系合金具有以nd为30wt％、优选为电解铁的fe为67wt％、b为1.0wt％的比例含有的组成。接下来，使用捣碎机或破碎机等公知的手段将该铸锭粗粉碎成200μm左右的大小。作为代替，将铸锭溶解，利用带铸法制作薄片，利用氢破碎法进行粗粉化。由此，获得粗粉碎磁体材料颗粒115(参照图8的(a))。
接下来，通过利用珠磨机116的湿式法或使用了气流磨的干式法等对粗粉碎磁体材料颗粒115进行微粉碎。例如，在使用了利用珠磨机116的湿式法的微粉碎中，在溶剂中将粗粉碎磁体颗粒115微粉碎成规定范围的粒径(例如0.1μm～5.0μm)，使磁体材料颗粒在溶剂中分散(参照图8的(b))。之后，利用真空干燥等手段使湿式粉碎后的溶剂中包含的磁体颗粒干燥，将干燥的的磁体颗粒取出(未图示)。这里，对用于粉碎的溶剂的种类没有特别限制，可以使用异丙醇、乙醇、甲醇等醇类、乙酸乙酯等酯类、戊烷、己烷等低级烃类、苯、甲苯、二甲苯等芳香族类、酮类、它们的混合物等有机溶剂、或液化氩等无机溶剂。这种情况下，优选使用溶剂中不含有氧原子的溶剂。
另一方面，在使用利用气流磨的干式法的微粉碎中，在(a)氧含量实质上为0％的由氮气、ar气、he气等非活性气体构成的气氛中、或在(b)氧含量为0.0001～0.5％的由氮气、ar气、he气等非活性气体构成的气氛中，利用气流磨对粗粉碎的磁体材料颗粒115进行微粉碎，制成例如具有0.7μm～5.0μm这样的规定范围的平均粒径的微颗粒。这里，氧浓度实质上为0％并不限定为氧浓度完全为0％的情况，是指也可以含有会在微粉的表面极其微少地形成氧化覆膜的程度的量的氧。
接着，将被珠磨机116等微粉碎的磁体材料颗粒成形为所期望的形状。为了该磁体材料颗粒的成形，准备将如上述那样微粉碎的磁体材料颗粒115和粘结剂混合而成的混合物、即复合物117。作为粘结剂，优选使用树脂材料，在粘结剂中使用树脂的情况下，优选使用在结构中不含有氧原子、且具有解聚性的聚合物。此外，为了能够对如后述那样将磁体颗粒与粘结剂的混合物117成形为例如梯形形状那样的所期望的形状时产生的混合物的残余物进行再利用，并且，为了能够在对混合物进行加热而软化的状态下进行磁场取向，优选使用热塑性树脂。具体而言，适宜使用包含由以下的通式(1)所示的单体形成的1种或2种以上的聚合物或共聚物的聚合物。
[化学式1]
(其中，r1及r2表示氢原子、低级烷基、苯基或乙烯基)
作为符合上述条件的聚合物，有例如作为异丁烯的聚合物的聚异丁烯(pib)、作为异戊二烯的聚合物的聚异戊二烯(异戊二烯橡胶、ir)、作为1,3-丁二烯的聚合物的聚丁二烯(丁二烯橡胶、br)、作为苯乙烯的聚合物的聚苯乙烯、作为苯乙烯与异戊二烯的共聚物的苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物(sis)、作为异丁烯与异戊二烯的共聚物的丁基橡胶(iir)、作为苯乙烯与丁二烯的共聚物的苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(sbs)、作为苯乙烯与乙烯、丁二烯的共聚物的苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(sebs)、作为苯乙烯与乙烯、丙烯的共聚物的苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物(seps)、作为乙烯与丙烯的共聚物的乙烯-丙烯共聚物(epm)、使二烯单体与乙烯、丙烯一起共聚而成的epdm、作为乙烯的聚合物的聚乙烯、作为丙烯的聚合物的聚丙烯、作为2-甲基-1-戊烯的聚合物的2-甲基-1-戊烯聚合树脂、作为2-甲基-1-丁烯的聚合物的2-甲基-1-丁烯聚合树脂、作为α-甲基苯乙烯的聚合物的α-甲基苯乙烯聚合树脂等。此外，作为粘结剂中使用的树脂，也可以设为少量包含含有氧原子、氮原子的单体的聚合物或共聚物(例如聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯等)的构成。进而，还可以部分共聚不符合上述通式(1)的单体。即使是在该情况下，也可以达成本发明的目的。
另外，作为粘结剂中使用的树脂，为了适当地进行磁场取向，理想的是使用在250℃以下软化的热塑性树脂、更具体而言为玻璃化转变温度或流动开始温度为250℃以下的热塑性树脂。
为了使磁体材料颗粒在热塑性树脂中分散，理想的是适量添加分散剂。作为分散剂，理想的是，在醇、羧酸、酮、醚、酯、胺、亚胺、酰亚胺、酰胺、氰、磷系官能团、磺酸、具有双键、三键等不饱和键的化合物、液状饱和烃化合物中，添加至少一种。也可以将多种混合使用。然后，如后述那样，在对磁体材料颗粒与粘结剂的混合物施加磁场而对该磁体材料进行磁场取向时，以对混合物进行加热、粘合剂成分软化的状态进行磁场取向处理。
作为与磁体材料颗粒混合的粘结剂，通过使用满足上述条件的粘结剂，能够使残存于烧结后的稀土类永磁体形成用烧结体内的碳量及氧量减少。具体而言，能够将在烧结后残存于磁体形成用烧结体内的碳量设为2000ppm以下、更优选为1000ppm以下。此外，能够将在烧结后残存于磁体形成用烧结体内的氧量设为5000ppm以下、更优选为2000ppm以下。
对于粘结剂的添加量，在对浆料或加热熔融后的混合物即复合物117进行成形的情况下，为了使作为成形的结果获得的成形体的厚度精度提高，设定为能够恰当地填充磁体材料颗粒间的空隙的量。例如粘结剂相对于磁体材料颗粒和粘结剂的总量的比率设定为1wt％～40wt％、更优选为2wt％～30wt％、进一步优选为3wt％～20wt％。
在以下的实施例中，在将混合物暂且成形为除产品形状以外的状态下施加磁场而进行磁场磁体材料颗粒的取向，之后进行烧结处理，由此制成例如图1中所示的圆弧形状那样的所期望的产品形状。特别是在以下的实施例中，在将由磁体材料颗粒和粘结剂构成的混合物即复合物117暂且成形为片形状的未烧结成形体(以下称为“生片”)之后，制成用于取向处理的成形体形状。在将混合物尤其是成形为片形状的情况下，可以采用：在对例如作为磁体材料颗粒与粘结剂的混合物的复合物117进行加热后成形为片形状的热熔涂覆；或者，通过将包含磁体材料颗粒、粘结剂和有机溶剂的浆料涂覆于基材上而成形为片状的浆料涂覆等。
以下，特别对使用了热熔涂覆的生片成形进行说明，但本发明并不限定于那样的特定的成形法。例如也可以通过将复合物117放入成形用模具中，一边加热到室温～300℃，一边加压到0.1～100mpa来进行成形。在该情况下，更具体而言，可列举出对加热到软化的温度的复合物117施加注射压力而向模具中压入填充来成形的方法。
如已述那样，通过在被珠磨机116等微粉碎的磁体材料颗粒中混合粘结剂，制作由磁体材料颗粒和粘合剂构成的粘土状的混合物即复合物117。这里，作为粘合剂，可以如上述那样使用树脂、分散剂的混合物。例如，作为树脂，优选使用由在结构中不含有氧原子、且具有解聚性的聚合物构成的热塑性树脂，另一方面，作为分散剂，优选的是，在醇、羧酸、酮、醚、酯、胺、亚胺、酰亚胺、酰胺、氰、磷系官能团、磺酸、具有双键、三键等不饱和键的化合物中，添加至少一种。此外，对于粘结剂的添加量，如上述那样添加后的复合物117中的粘结剂相对于磁体材料颗粒和粘结剂的总量的比率设为1wt％～40wt％、更优选为2wt％～30wt％、进一步优选为3wt％～20wt％。
这里，分散剂的添加量优选根据磁体材料颗粒的粒径来决定，推荐的是，磁体材料颗粒的粒径越小，越增多添加量。作为具体的添加量，相对于磁体材料颗粒，设定为0.1份～10份、更优选为0.3份～8份。在添加量少的情况下，分散效果小，取向性有可能降低。此外，在添加量多的情况下，有可能污染磁体材料颗粒。添加到磁体材料颗粒中的分散剂附着于磁体材料颗粒的表面，使磁体材料颗粒分散并得到粘土状混合物，并且在后述的磁场取向处理中，以辅助磁体材料颗粒的转动的方式起作用。其结果，在施加磁场时容易进行取向，使磁体颗粒的易磁化轴向在大致相同方向上一致、即能够提高取向度。特别是在磁体材料颗粒中混合粘结剂的情况下，由于粘结剂存在于颗粒表面，磁场取向处理时的摩擦力变高，因此，颗粒的取向性有可能降低，添加分散剂的效果进一步提高。
磁体材料颗粒与粘结剂的混合优选基于由氮气、ar气、he气等非活性气体构成的气氛而进行。磁体材料颗粒与粘合剂的混合通过例如将磁体材料颗粒和粘结剂分别投入搅拌机中并用搅拌机进行搅拌来进行。这种情况下，也可以为了促进混炼性而进行加热搅拌。进而，磁体材料颗粒与粘结剂的混合也优选在由氮气、ar气、he气等非活性气体构成的气氛中进行。此外，特别是在以湿式法对磁体颗粒进行粉碎的情况下，也可以不从用于粉碎的溶剂中取出磁体颗粒，将粘合剂添加到溶剂中进行混炼，之后使溶剂挥发，得到复合物117。
接下来，通过将复合物117成形为片状，制作上述的生片。在采用热熔涂覆的情况下，通过对复合物117进行加热，使该复合物117熔融，在成为具有流动性的状态后，涂覆于支撑基材118上。之后，通过散热使复合物117凝固，在支撑基材118上形成长条片状的生片119。这种情况下，将复合物117加热熔融时的温度根据使用的粘结剂的种类、量的不同而不同，通常设定为50～300℃。但是，需要设定为比使用的粘结剂的流动开始温度高的温度。需要说明的是，在使用浆料涂覆的情况下，使磁体材料颗粒和粘结剂、及任意但有助于取向的添加剂分散到大量的溶剂中，将浆料涂覆于支撑基材118上。之后，通过进行干燥而使溶剂挥发，在支撑基材118上形成长条片状的生片119。
这里，熔融的复合物117的涂覆方式优选使用狭缝式模具方式或压延辊方式等层厚控制性优异的方式。特别是为了实现高的厚度精度，特别理想的是，使用属于层厚控制性优异、即能够在基材的表面涂覆高精度的厚度的层的方式的模具方式、逗号涂覆方式。例如，在狭缝式模具方式中，通过利用齿轮泵加压输送加热而成为具有流动性的状态的复合物117而向模具中注入，从模具喷出，从而进行涂覆。此外，在压延辊方式中，以经控制的量将复合物117送入加热的两根辊的夹持间隙中，一边使辊旋转，一边在支撑基材118上涂覆利用辊的热而熔融的复合物117。作为支撑基材118，例如优选使用有机硅处理聚酯薄膜。进而，优选通过使用消泡剂、或进行加热真空脱泡以所涂覆且展开的复合物117的层中不残留气泡的方式充分地进行脱泡处理。或者，不在支撑基材118上进行涂覆，而是一边利用挤出成型、注射成形将熔融的复合物117成型为片状一边向支撑基材118上挤出，从而也能够在支撑基材118上成形生片119。
在图8中所示的实施方式中，使用狭缝式模具120来进行复合物117的涂覆。在利用该狭缝式模具方式的生片119的形成工序中，理想的是对涂覆后的生片119的片厚度进行实测，通过基于该实测值的反馈控制，对狭缝式模具120与支撑基材118之间的夹持间隙进行调节。在该情况下，使向狭缝式模具120供给的流动性复合物117的量的变动尽量降低，抑制成例如±0.1％以下的变动，进一步理想的是也使涂覆速度的变动尽量降低，抑制成例如±0.1％以下的变动。通过这样的控制，能够使生片119的厚度精度提高。需要说明的是，所形成的生片119的厚度精度优选相对于例如1mm这样的设计值设定为±10％以内、更优选为±3％以内、进一步优选为±1％以内。在压延辊方式中，同样地基于实测值对压延条件进行反馈控制，由此能够控制向支撑基材118转印的复合物117的膜厚。
生片119的厚度设定为0.05mm～20mm的范围是理想的。若使厚度比0.05mm薄，则为了达成所需的磁体厚度，必须多层层叠，由此，会导致生产率降低。
〔第一实施方式的烧结体的制造〕
接着，制作由利用上述的热熔涂覆而形成于支撑基材118上的生片119切出与所期望的磁体尺寸对应的尺寸而得到的加工用薄片123。本实施方式中，加工用薄片123如图9的(a)中所示的那样为具有与成为最终产品的稀土类永磁体形成用烧结体1中的中央区域对应的圆弧状区域123a、和与该圆弧状区域123a的两端连续的直线状区域123b、123c的截面形状。圆弧状区域123a为在图9的(a)中以o表示的点处具有曲率中心的圆弧形状，在与该圆弧状区域123a的两端部连续的直线状区域123b、123c中，绕曲率中心o转角度εω、即ε×90°的范围成为与图4中所示的扇形体磁体的端部区域13对应的端部区域。该加工用薄片123具有与附图的纸面呈直角的方向的长度尺寸，截面的尺寸及长度尺寸是预估后述的烧结工序中的尺寸的缩小而以在烧结工序后获得规定的磁体尺寸的方式来确定的。
在图9的(a)中所示的加工用薄片123中，延着将曲率中心o与圆弧状区域123a的圆周方向中心点a连结的方向施加平行的平行磁场121。通过该磁场施加，加工用薄片123中所含的磁体材料颗粒的易磁化轴如图9的(a)中以箭头122所示的那样，与磁场的方向、即厚度方向平行地取向。若具体地描述，则加工用薄片123被收容于具有与该加工用薄片123对应的形状的模腔的磁场施加用模具内(未图示)，通过进行加热使加工用薄片123中包含的粘结剂软化。由此，磁体材料颗粒变得能够在粘结剂内转动，能够使其易磁化轴在沿着平行磁场121的方向上取向。
这里，用于对加工用薄片123进行加热的温度及时间根据使用的粘结剂的种类及量的不同而不同，例如设定为40～250℃且0.1～60分钟。不管怎样，为了使加工用薄片123内的粘结剂软化，加热温度需要设定为所使用的粘结剂的玻璃化转变温度或流动开始温度以上的温度。作为用于对加工用薄片123进行加热的手段，有例如利用热板的加热、或将硅油那样的热介质用于热源的方式。磁场施加时的磁场的强度设定为5000[oe]～150000[oe]、优选为10000[oe]～120000[oe]。其结果，加工用薄片123中所含的磁体材料结晶的易磁化轴如图9的(a)中所示的那样与沿着平行磁场121的方向平行地取向。在该磁场施加工序中，也可以设定为对多个加工用薄片123同时施加磁场的构成。为此，只要使用具有多个模腔的模具、或排列多个模具并同时施加平行磁场121即可。对加工用薄片123施加磁场的工序可以与加热工序同时进行，也可以在进行加热工序后且在加工用薄片123的粘结剂凝固前进行。
接着，将利用图9的(a)中所示的磁场施加工序使磁体材料颗粒的易磁化轴如箭头122所示的那样平行取向的加工用薄片123从磁场施加用模具取出，移向具有图9的(b)中所示的圆弧状模腔124的最终成形用模具内，成形为烧结处理用薄片125。利用该成形，加工用薄片123的中央的圆弧状区域123a和两端的直线状区域123b、123c成为彼此连续的同一曲率半径的圆弧形状，形成烧结用薄片125。在利用该成形工序而形成的烧结处理用薄片125中，沿着中央的中心线o-a而配置的磁体材料颗粒的易磁化轴成为沿着圆弧的半径方向取向的状态，在中心线o-a的两侧的区域中，变形的结果是如图9的(b)中所示的那样，易磁化轴成为极各向异性取向。
经上述操作磁体材料颗粒的易磁化轴取向的取向后的烧结处理用薄片125如图9的(c)中所示的那样，两端部被裁切至相当于上述的角度εω的部分残留，成为烧结用薄片125a。对于该烧结用薄片125a，通过在调节成大气压、或比大气压高的压力或低的压力(例如1.0pa或1.0mpa)的非氧化性气氛中，以粘结剂分解温度保持几小时～几十小时(例如5小时)，从而进行预烧处理。在该处理中，推荐使用氢气氛或氢与非活性气体的混合气体气氛。在基于氢气氛进行预烧处理的情况下，预烧中的氢的供给量例如设定为5l/min。通过进行预烧处理，能够将粘结剂中所含的有机化合物利用解聚反应、其他的反应分解成单体，使其飞散而除去。即，进行使残存于烧结处理用薄片125a中的碳的量减少的处理即脱碳处理。此外，预烧处理理想的是以残存于烧结处理用薄片125a内的碳的量设定为2000ppm以下、更优选为1000ppm以下的条件进行。由此，能够利用之后的烧结处理使烧结处理用薄片125a的整体致密地烧结，能够抑制残留磁通密度及矫顽力的降低。需要说明的是，在将进行上述的预烧处理时的加压条件设定为比大气压高的压力的情况下，压力设定为15mpa以下是理想的。这里，加压条件只要设定为比大气压高的压力、更具体而言为0.2mpa以上，就能够期待尤其是残存碳量减轻的效果。
粘结剂分解温度可以基于粘合剂分解产物和分解残渣的分析结果来决定。具体而言，推荐选择捕集粘结剂的分解产物、不生成除单体以外的分解产物、且在残渣的分析中也没有检测到残留的粘合剂成分的由副反应产生的产物的温度范围。根据粘结剂的种类的不同而不同，但只要设定为200℃～900℃、更优选为400℃～500℃、例如450℃即可。
在上述的预烧处理中，与一般的稀土类磁体的烧结处理相比，优选减小升温速度。具体而言，通过将升温速度设定为2℃/min以下、例如1.5℃/min，能够得到优选的结果。因此，在进行预烧处理的情况下，通过如图11中所示的那样以2℃/min以下的规定的升温速度进行升温，在达到预先设定的设定温度(粘结剂分解温度)后，以该设定温度保持几小时～几十小时，从而进行预烧处理。通过像这样在预烧处理中减小升温速度，烧结处理用薄片125a内的碳不会被急剧地去除，而被阶段性地去除，因此，能够使残量碳减少到充分的水平，提高烧结后的永磁体形成用烧结体的密度。即，通过使残留碳量减少，能够使永磁体中的空隙减少。只要如上述那样将升温速度设定为2℃/min以下，就能够使烧结后的永磁体形成用烧结体的密度为98％以上(7.40g/cm3以上)，能够期待在磁化后的磁体中达成高的磁体特性。
接下来，进行对利用预烧处理预烧的烧结处理用薄片125进行烧结的烧结处理。作为烧结处理，也可以采用真空中的无加压烧结法，但在本实施方式中，优选采用在沿着长度方向进行了单轴加压的状态下对烧结处理用薄片125a进行烧结的单轴加压烧结法。在该方法中，向具有与图9的(b)中以附图标记“124”表示的形状相同的形状的模腔的烧结用模具(未图示)内装填烧结处理用薄片125a，合模，一边沿着长度方向进行加压一边进行烧结。作为该加压烧结技术，例如可以采用热压烧结、热等静压(hip)烧结、超高压合成烧结、气体加压烧结、放电等离子体(sps)烧结等公知技术中的任一种。特别优选使用能够沿着单轴方向进行加压、且利用通电烧结而完成烧结的sps烧结。
需要说明的是，在以sps烧结进行烧结的情况下，优选将加压压力设定为例如0.01mpa～100mpa，在几pa以下的真空气氛中以5℃～30℃/分钟的升温速度使温度上升到900℃～1100℃，之后，保持直到加压方向的收缩实质变成零为止。接着进行冷却，再次进行升温至300℃～1000℃并保持在该温度2小时的热处理。这样的烧结处理的结果是，利用烧结处理用薄片125a，制造本发明的稀土类永磁体形成用烧结体1。像这样，根据在沿着长度方向对烧结处理用薄片125a进行了加压的状态下进行烧结的单轴加压烧结法，能够抑制对烧结处理用薄片125a内的磁体材料颗粒赋予的易磁化轴的取向发生变化。
该稀土类永磁体形成用烧结体1以未磁化的状态配置在图2所示的转子芯3的周面。之后，对像这样配置的稀土类永磁体形成用烧结体1，沿着其中所含的磁体材料颗粒的易磁化轴即c轴进行磁化。若具体地叙述，则以n极和s极沿着转子芯3的圆周方向交替配置的方式对配置在转子芯3的周面的多个稀土类永磁体形成用烧结体1进行磁化。其结果，能够制造永磁体1。需要说明的是，在稀土类永磁体形成用烧结体1的磁化中，例如可以使用磁化线圈、磁化磁轭、电容器式磁化电源装置等公知的手段中的任一者。此外，稀土类永磁体形成用烧结体1也可以在配置于转子芯3的周面之前进行磁化，制成稀土类永磁体，将经该磁化的磁体配置于转子芯3的周面。之后，通过对转子组装定子4及旋转轴等马达构成构件，可制造所期望的电动马达、例如spm马达。
如以上详细说明的那样，在本实施方式的稀土类永磁体形成用烧结体1的制造方法中，通过将磁体材料粉碎成磁体材料的微细颗粒，并将粉碎的磁体材料颗粒与粘结剂混合来生成复合物117。然后，将生成的复合物117成形为片状而制作生片119。之后，将成形的生片119切成规定尺寸的薄片，成形为所期望的形状而形成加工用薄片123，通过沿着厚度方向对该加工用薄片123施加平行磁场，从而使磁体材料颗粒的易磁化轴基于平行磁场取向，通过使取向处理后的加工用薄片123变形为规定的形状而成形为产品形状，制成烧结处理用薄片125。之后，通过在非加压状态、或以长度方向的单轴加压状态进行烧结，制造稀土类永磁体形成用烧结体1。
此外，在上述说明的实施方式的方法中，通过对将磁体材料颗粒与粘结剂混合而成的混合物即复合物进行成形，能够以使易磁化轴朝向期望消磁对策的端部区域的表面恰当地汇聚的方式取向，因此，在磁化后能够恰当地使磁通集中，能够确保耐消磁性，同时还防止磁通密度的偏差。进而，由于对与粘结剂的混合物进行成形，因此与使用压粉成形等的情况相比，磁体颗粒在取向后也不会转动，能够使取向度提高。根据对磁体材料颗粒与粘结剂的混合物施加磁场而进行取向的方法，能够适当增加用于磁场形成的电流流通的绕组的匝数，因此能够大幅确保进行磁场取向时的磁场强度，并且能够以静磁场实施长时间的磁场施加，由此能够实现偏差少的高取向度。并且，若在取向后对取向方向进行校正，则能够确保高取向且偏差少的取向。
像这样能够实现偏差少的高取向度与由烧结造成的收缩的偏差的降低有关系。因此，能够确保烧结后的产品形状的均匀性。其结果，会减轻对烧结后的外形加工的负担，能够期待量产的稳定性大幅提高。此外，在进行磁场取向的工序中，由于通过对磁体颗粒与粘结剂的混合物施加磁场并且使施加磁场的混合物变形为成形体来操作易磁化轴的方向、进行磁场取向，因此，通过对暂且被磁场取向的混合物进行变形，能够对取向方向进行校正，使端部区域中的易磁化轴恰当地取向。其结果，能够减轻端部区域中的磁通的偏离，在配置有通过对烧结体1进行磁化而形成的永磁体的旋转电机中，能够抑制齿槽转矩。
〔第二实施方式的烧结体的制造〕
在该实施方式中，如图10的(a)中所示的那样，加工用薄片123的中央区域123a与第一实施方式中同样地形成为圆弧形状，但两端部的区域123b、123c不是直线形状，而是形成为与中央区域123a反方向弯曲的圆弧形状。除此以外，可以使用与第一实施方式中同样的方法。
〔第三实施方式的烧结体的制造〕
在该实施方式中，如图10的(b)中所示的那样，加工用薄片123的中央区域123a与第一实施方式中同样地形成为圆弧形状，但两端部的区域123b、123c不是直线形状，而是形成为与由式(7)所规定的根据角度θ基于幂律发生变化的弯曲形状相对应的形状。作为具体的方法，只要将式(7)所表示的函数进行数值积分，确定与其值近似的形状即可。除此以外，可以使用与第一实施方式中同样的方法。
如以上叙述的那样，根据本发明，通过使稀土类磁体形成用烧结体的端部区域中的磁体材料的易磁化轴的取向自极各向异性取向错开地进行取向，即使是在将对该烧结体进行磁化而得到的磁体隔着端面间间隔以环状配置的情况下，也能够使该端面间间隔的附近的磁通分布接近正弦波。因此，能够减少使用该磁体的旋转电机中的齿槽转矩。
附图标记说明
1、11、2…扇形体磁体
1a、2a…端面
3…转子
4…定子
13…端部区域
14…中央区域
117…混合物、复合物
118…支撑基材
119…生片
120…狭缝式模具
123…加工用薄片
125…烧结处理用薄片
a····圆周方向中心点
c…易磁化轴
o…曲率中心
θ…倾斜角
d…间隙g的角度范围的1/2
g…间隙