稀土类各向异性粘结磁铁的制造方法、磁铁成形体的定向处理方法及磁场中成形装置 【技术领域】
本发明涉及适于制造稀土类各向异性粘结磁铁的制造方法、其制造中使用的磁铁成形体的定向处理方法及磁场中成形装置。
背景技术
稀土类各向异性粘结磁铁(以下适当地仅称为“粘结磁铁”)，即使是小型也能够得到大的磁通密度，形状自由度也大。因此，成形为(中空)圆筒状而作为电机用永久磁铁等使用。另外，这种粘结磁铁为了发挥磁铁粉末的特性而得到高磁通密度，在磁化前的成形阶段进行定向处理。
另一方面，在以汽车小型电刷电机为代表的小型动力用电刷电机领域中，目前主流是使用双极铁氧体烧结磁铁来励磁的铁氧体双极电机。但是，近来，为了提高汽车的居住性及车的汽油里程等，也要求电机在相同输出下的小型化及进一步的高输出化。于是，出现了使用圆筒状稀土类各向异性粘结磁铁的在径向方向上具有4极以上磁极的电机。使用该高性能电机时，对于现有的铁氧体双极电机，能够在相同性能下使体积大幅度小型化到约1/2。因此，在上述领域中，现有的铁氧体双极电机逐渐替换为使用稀土类各向异性粘结磁铁的多极电机(参照下述专利文献5等)。
另外，为了改善该高性能电机的齿槽转矩，下述专利文献1或专利文献2中提出了对径向方向上具有4极以上磁极的圆筒状稀土类各向异性粘结磁铁的定向处理进行研究的方案。即，这些文献中公开了通过将该定向处理从以往的径向定向设定为所谓的半径向定向来增大电机的输出转矩或降低齿槽转矩的方案。
另外，为了提高这种粘结磁铁的生产效率，优选一次能够在磁场中成形多个磁铁成形体(所谓的“多腔室磁场中成形装置”)。下述专利文献3及专利文献4中提出了与此相关的定向处理方法。
专利文献1：日本特开2004-23085号公报
专利文献2：日本特开2005-312167号公报
专利文献3：日本特开2007-103606号公报
专利文献4：日本特公平6-24175号公报
专利文献5：日本专利3480733号公报
不过，专利文献3中记载的定向处理说起来其定向方向是所谓的轴向定向而不是半径向定向。在此所说的“定向”为磁场定向，是指为了使各向异性磁铁粉末的易磁化轴沿规定的方向排列，通过在该方向上施加定向磁场使各向异性磁铁粉末的易磁化轴沿该磁场的方向旋转。这样一来，由所述专利文献1及专利文献2的记载表明，该定向处理方法对高效电机用粘结磁铁而言不能说是优选的。另外，轴向定向是指，使稀土类各向异性磁铁粉末(以下，适当称为“磁铁粉末”)的易磁化轴沿粘结磁铁(磁铁成形体)的一个轴(圆筒轴)方向定向，径向定向是指，使易磁化轴从粘结磁铁的中心轴放射状地定向。特别是圆筒状粘结磁铁的径向定向是指，使易磁化轴沿圆筒侧面的法线方向定向。
另外，半径向分布是指圆筒状稀土类各向异性粘结磁铁中的各向异性磁铁粉末(群)的易磁化轴的下述分布：稀土类各向异性粘结磁铁中的各向异性磁铁粉末(群)在磁极的主极部具有沿圆筒侧面的法线方向的各向异性磁铁粉末的易磁化轴，在磁极和磁极之间的过渡区间，随着接近磁极的中立点，各向异性磁铁粉末的易磁化轴逐渐指向磁铁的圆筒侧面的旋转切线方向，在中立点上成为圆筒侧面的旋转切线方向，随着远离中立点，逐渐成为圆筒侧面的法线方向。半径向定向是指，通过定向磁场使稀土类各向异性粘结磁铁中的各向异性磁铁粉末(群)以具有半径向分布的方式定向，在易磁化轴不全部指向径向(放射状)方向这一点(即，指向不一样、根据部位而变化这一点)上，和通常所说的径向定向相区别。
专利文献4提出了能够在多腔室磁场中成形装置中成形地径向定向处理。但是，该定向处理中，如图7A所示，在相邻的磁铁成形体(腔室)之间，图中上下方向上通过的磁场彼此相对(相斥)。因此，在该方向上没有得到充分的定向。另外，图7A中的箭头是在专利文献4刊载的附图(第8图)中添加的箭头，表示磁方向。图7B是本发明人基于图7A所示的磁场中成形装置进行FEM分析的结果，通过磁力线的疏密表示磁场的强弱。由该图7B也可知，在图中的上下方向上，磁场彼此相对(相斥)而减弱，并且定向磁场的强度随腔室的位置而变化。这种专利文献4的定向处理方法也许对在小磁场中定向的铁氧体磁铁粉末有效，但不适合作为高输出化要求强、定向上需要大磁场的稀土类各向异性粘结磁铁的定向处理方法。
另外，通过该定向处理方法制作的圆筒状环磁铁，在圆周方向上出现由定向磁场的强弱引起的表面磁通密度不充分的部分。因此，在安装有该环磁铁的电机中，导致电机输出降低、齿槽转矩增大。还存在这氧的情况：未能用一个磁场成形装置同时制造多个在径向方向上具有4极以上磁极的圆筒状稀土类各向异性粘结磁铁。
另外，专利文献1(参照图6)中也提出了能够在多腔室磁场成形装置中成形的半径向定向处理，但对通过相邻的磁铁成形体(腔室)间的磁场进行观察时，发现两个定向部在作为后磁轭的环51内磁通是闭合的。因此，各定向部在磁性上独立。另外，尽管定向部在磁性上独立，但金属模具30仍然不需要地介于其间，因而装置容易大型化。另外，使用该专利文献1的装置的情况下，在定向处理后要取出成形体时，由于定向磁场由磁铁形成，因而无法切断磁场。因此，成形体的磁铁粉末受到该定向磁场牵拉，容易损伤成形体。并且，当以不损伤成形体的方式使成形体完全固化时，该成形每次花费约30分钟，生产率明显降低。
【发明内容】
本发明是鉴于这种情况而进行的，其目的在于，提供能够高效地制造径向方向上具有4极以上磁极的高性能圆筒状稀土类各向异性粘结磁铁的稀土类各向异性粘结磁铁的制造方法及适合该制造方法的磁铁成形体的定向处理方法。另外，其目的还在于，提供适合使用这些方法且能够实现小型化的磁场中成形装置。
本发明人为了解决该课题进行了深入研究，经过反复试验和错误，结果想出，在获得多个磁铁成形体时，使相邻的腔室间施加的中间定向磁场的主要磁方向一致。由此，虽然使用比较小型的磁场中成形装置，但还是成功地实现了同时获得多个径向方向上具有4极以上磁极的圆筒状稀土类各向异性粘结磁铁。当然，通过该方法得到的粘结磁铁与用单腔室装置单个获得的现有的粘结磁铁相比，不存在圆周方向的磁特性的降低等。于是，通过发展该成果，本发明人完成了后述的各种发明。
<稀土类各向异性粘结磁铁的制造方法>
(1)即，本发明的稀土类各向异性粘结磁铁的制造方法，具备：填充工序，向使中心轴平行而相邻配置的至少两个圆筒状腔室中填充由一种以上稀土类各向异性磁铁粉末和作为粘结剂的树脂构成的磁铁原料；加热定向工序，将该填充工序后的磁铁原料加热到所述树脂的软化点以上的温度，使该树脂成为软化状态或熔融状态，同时施加定向磁场，使所述稀土类各向异性磁铁粉末定向为半径向分布；成形工序，在该加热定向工序后或与该加热定向工序同时进行，将定向后的所述磁铁原料加压成形，得到圆筒侧面上具有定向为半径向分布的至少4个以上定向部的圆筒状磁铁成形体；和磁化工序，使该磁铁成形体磁化并将磁化后的所述定向部作为磁极，其特征在于，
所述加热定向工序中，所述相邻腔室间施加的中间定向磁场的主要磁方向相同。
(2)根据本发明的稀土类各向异性粘结磁铁的制造方法，即使是至少在加热定向工序的阶段获得多个粘接磁铁的情况下，也能够对各腔室施加均匀的定向磁场。特别是，通过将贯穿相邻腔室间的定向磁场设定为主要磁方向相同的中间定向磁场，对相邻腔室间相向的磁铁成形体的定向部也施加大致均匀的定向磁场。这样，能够用多腔室磁场中成形装置高效地生产高性能且品质稳定的稀土类各向异性粘结磁铁。
并且，通过进行这样的加热定向工序，能够使定向处理中使用的磁场中成形装置比仅将其并联时小型化得多。
<磁铁成形体的定向处理方法>
这样，本发明由于在对磁铁原料的定向处理方法上具有特征，因此不仅可以作为稀土类各向异性粘结磁铁的制造方法，而且也可以作为适合该制造方法的磁铁成形体的定向处理方法来理解。
即，本发明也可以提供一种磁铁成形体的定向处理方法，其具备：填充工序，向使中心轴平行而相邻配置的至少两个圆筒状腔室中填充由一种以上稀土类各向异性磁铁粉末和作为粘结剂的树脂构成的磁铁原料；加热定向工序，将该填充工序后的磁铁原料加热到所述树脂的软化点以上的温度，使该树脂成为软化状态或熔融状态，同时施加定向磁场，使所述稀土类各向异性磁铁粉末定向为半径向分布；成形工序，在该加热定向工序后或与该加热定向工序同时进行，将定向后的所述磁铁原料加压成形，得到圆筒侧面上具有定向为半径向分布的至少4个以上定向部的圆筒状磁铁成形体，其特征在于，
所述加热定向工序中，所述相邻腔室间施加的中间定向磁场的主要磁方向相同。
<磁场中成形装置>
(1)另外，本发明中，如上所述，由于贯穿相邻的腔室之间的定向磁场设定为主要磁方向相同的中间定向磁场，因而能够形成贯穿腔室的定向部的有效的磁回线。因此，能够实现设置于相邻的腔室间的构成磁回路的磁轭(包括作为金属模具使用的冲模等)的缩短，从而也实现了加热定向工序中使用的磁场中成形装置的小型化。
(2)因此，本发明不仅可以作为上述稀土类各向异性粘结磁铁的制造方法及磁铁成形体的定向处理方法，而且也可以作为能够在这些方法中利用的磁场中成形装置来理解。即，本发明也可以提供一种磁场中成形装置，利用其能够得到圆筒侧面上具有定向为半径向分布的至少4个以上定向部的圆筒状磁铁成形体，所述磁场中成形装置具备：在使中心轴平行而相邻配置的至少两个圆筒状腔室及该腔室内周侧作为磁芯的芯子；通过非磁性部至少分割为4等分以上、近似环状地配置在该腔室的外周侧、由磁性材料构成的主磁轭；将填充到该腔室中的由一种以上稀土类各向异性磁铁粉末和作为粘结剂的树脂构成的磁铁原料加热到该树脂的软化点以上的温度而使该树脂成为软化状态或熔融状态的加热器；能够从所述主磁轭向填充到该腔室中的磁铁原料施加定向磁场的磁场源；和对所述腔室中填充的磁铁原料进行加压的冲头，其特征在于，
还具备对设置于所述相邻腔室间的所述主磁轭进行磁连接的由磁性材料构成的中间磁轭，通过该中间磁轭能够对所述相邻的腔室施加主要磁方向相同的中间定向磁场。
特别是，所述磁场源优选具有缠绕在该中间磁轭周围的中间电磁线圈、和向该中间电磁线圈供给一定方向电流的电流源。
(3)产生定向磁场的磁场源，可以使用永久磁铁的磁动势，也可以使用向电磁线圈供给电流而得到的电磁力。在任何一种情况下，为了高效地进行中间定向磁场的施加，形成磁阻小的磁回路都是有效的。因此，优选在相邻的腔室间设置由磁性材料构成的中间磁轭。当该中间磁轭的周围缠绕有电磁线圈时，该中间磁轭也兼为磁芯。
因此，本发明的磁场中成形装置的磁场源，例如优选由设置在所述相邻的腔室间的由磁性材料构成的中间磁轭、缠绕在该中间磁轭周围的电磁线圈、和向该电磁线圈供给一定方向电流的电流源构成。
<其它>
(1)本发明中，磁铁成形体的圆周侧面上形成的定向部的数量或该定向部磁化后稀土类各向异性粘结磁铁中形成的磁极的数量没有特别限制，但考虑使用粘结磁铁的设备的高性能化、高效化等，该数量为4以上。如果是电机用粘结磁铁(特别是DC电机用粘结磁铁)，则该数量通常为偶数，因此该数量优选为4、6、8、10等。
(2)本发明的稀土类各向异性粘结磁铁的制造方法，除上述填充工序、加热定向工序、成形工序之外，还可以具备：将磁铁成形体进一步压缩(加热压缩)而使其致密化的致密化工序、使磁铁原料中使用的热固性树脂牢固固化的固化热处理工序、磁化工序、防腐蚀处理工序等。此时，可以独立地进行各工序，也可以同时进行4个以上的工序。例如，得到将秤量的磁铁原料粉末预加压成形而成的粉末成形体的秤量工序和上述加热定向工序可以分别进行，也可以同时进行。分别进行时，能够实现所谓的批量处理，提高批量生产率。同时进行时，能够减轻设备负担。另外，对于在进行加热定向工序及成形工序后进行的致密化工序而言也是同样。
(3)只要没有特别说明，本说明书中所说的“x～y”包含下限x及上限y。另外，本说明书中记载的下限及上限可以任意组合而构成如“a～b”那样的范围。
【附图说明】
图1A是说明本实施例的磁场中成形装置的基本结构的图；
图1B是图1A的I-I剖面图；
图1C是图1A所示的磁场中成形装置的金属模具的详图；
图1D是表示图1A所示的磁场中成形装置的腔室周围形成的磁回线的图；
图2A是将现有的单腔室磁场中成形装置近接配置的图；
图2B是表示将图2A所示的各磁场中成形装置间的后磁轭缩窄后的磁场中成形装置的图；
图3是表示本实施例的2腔室磁场中成形装置的图；
图4是相对地表示本实施例的环状粘结磁铁中测定的磁通密度的径向成分的角度分布的曲线图；
图5是表示本实施例的4腔室磁场中成形装置的图；
图6是表示本实施例的另一个4腔室磁场中成形装置的图；
图7A是表示现有的多腔室磁场中成形装置的图；
图7B是对图7A的多腔室磁场中成形装置的腔室周围的磁方向进行FEM分析的图。
标记说明
S2磁场中成形装置
C1、C2腔室
11中间磁轭
12后磁轭
13电磁线圈
【具体实施方式】
列举发明的实施方式对本发明进行更详细的说明。另外，包括以下实施方式在内，本说明书中说明的内容不仅涉及本发明的稀土类各向异性粘结磁铁的制造方法，而且还适当涉及磁铁成形体的定向处理方法及磁场中成形装置。某种实施方式是否最佳根据对象、要求的性能等而不同，本发明中，除上述构成以外，还可以进一步附加从本说明书中记载的构成中任意选择的一种或两种以上。该被选择的构成对任一发明都能够超越范畴而重叠或任意地附加。另外，即使是涉及方法的构成，当作为工序的产品理解时，也可以成为涉及“物”的构成。
(1)稀土类各向异性粘结磁铁的制造方法及磁铁成形体的定向处理方法
本发明的稀土类各向异性粘结磁铁的制造方法或磁铁成形体的定向处理方法由前面所述的各工序构成，但每种情况下加热定向工序都是重要的，因此附带对加热定向工序进行说明。
加热定向工序是将填充于腔室中的磁铁原料的树脂加热到成为软化状态或熔融状态后、通过施加定向磁场使稀土类各向异性磁铁粉末定向为半径向分布的工序。此时的定向磁场从腔室的圆周侧面施加，由此在特定的定向部使稀土类各向异性磁铁粉末定向为半径向分布(半径向定向)。结果，得到圆筒侧面上具有至少4个以上定向部的圆筒状磁铁成形体。另外，加热温度、加热时间、成形压力、施加的定向磁场的强度等根据作为磁铁原料的树脂及稀土类各向异性磁铁粉末的种类及混合比例、稀土类各向异性粘结磁铁所要求的性能参数等有所不同。举例说明的话，当使用热固性树脂时，其加热温度为例如约120℃～约180℃。另外，成形压力为例如约50MPa～约500MPa，加热定向工序所需要的时间为约0.5秒～约10秒。施加的定向磁场的强度也根据热固性树脂的粘性等而不同，例如为约0.4T～约1.8T。
另外，本发明中所说的“软化状态”或“熔融状态”没有严格地区别。简言之，树脂被加热以使其粘性降低，稀土类各向异性磁铁粉末的各粒子成为能够旋转、移动等的状态就足够了。
(2)磁铁原料
磁铁原料由一种以上稀土类各向异性磁铁粉末和作为粘结剂的树脂构成。具体而言，为例如：稀土类各向异性磁铁粉末与树脂粉末的混合粉末、将该混合粉末加热混炼而成的复合物、将该混合粉末或复合物加压成形而成的粉末成形体、及稀土类各向异性磁铁粉末与熔融树脂的混合体等。另外，磁铁原料不仅含有稀土类各向异性磁铁粉末及树脂，此外也可以含有润滑剂、固化剂、固化助剂、表面活性剂等添加剂。
稀土类各向异性磁铁粉末的组成、种类等不受限制，也可以采用公知的任一种磁铁粉末。例如，作为代表性的稀土类各向异性磁铁粉末，有：Nd-Fe-B系磁铁粉末、Sm-Fe-N系磁铁粉末、SmCo系磁铁粉末等。这些磁铁粉末可以用所谓的急冷凝固法制造，也可以用氢化处理法(d-HDDR法、HDDR法)制造。
稀土类各向异性磁铁粉末可以为一种，也可以为多种。例如可以是平均粒径较大的粗粉末(例如，1～250μm)与平均粒径较小的微粉末(例如，1～10μm)混合而成的粉末。
树脂利用公知的材料，有例如：尼龙12、尼龙6等聚酰胺类合成树脂；聚氯乙烯、其醋酸乙烯共聚物、MMA、PS、PPS、PE、PP等均聚或共聚乙烯基类合成树脂；氨基甲酸酯、硅氧烷(silicone)、聚碳酸脂、PBT、PET、PEEK、CPE、氯磺化聚乙烯橡胶、氯丁橡胶、SBR、NBR等热塑性树脂；环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂等热固性树脂等。树脂可以粉末状附着在稀土类各向异性磁铁粉末的粒子表面，也可以膜状涂敷到粒子表面。
为了得到成形体的脱模性、调节成形时间、改善磁铁粉末与熔融树脂的润湿性及粘合性等，可以少量混合各种添加剂。这种添加剂有：硬脂酸锌、硬脂酸铝、醇类润滑剂等润滑剂、钛酸酯类或硅烷类偶联剂、4，4’-二氨基二苯甲烷(DDM)等固化剂及TPP-S(北兴化学工业制的商品名)等固化促进剂等。
稀土类各向异性磁铁粉末与树脂的混合比例，以体积比计为磁铁粉末：约80体积％～约90体积％、树脂：约10体积％～约20体积％。以质量比计，则为磁铁粉末：约95质量％～约99质量％、树脂：约1质量％～约5质量％。添加剂可以添加约0.1体积％～约0.5体积％。
(3)稀土类各向异性粘结磁铁
本发明的稀土类各向异性粘结磁铁具有从圆筒状的内外周侧面以半径向分布释放磁通的多个磁极。其用途、形状、尺寸、磁特性等没有限制。
其代表性的用途为电机的励磁。该电机可以为直流(DC)电机或交流(AC)电机。也可以是逆变器控制的感应电机等。另外，稀土类各向异性粘结磁铁的设置位置可以为转子(rotor)侧或为定子(stator)侧，并且相对于中心轴可以为内周侧或外周侧。
实施例
列举实施例对本发明进行更具体的说明。
<稀土类各向异性粘结磁铁的制造方法>
本实施例中，作为本发明的稀土类各向异性粘结磁铁的制造方法的一例，以制造作为容纳于4极DC电刷电机壳体内的永久磁铁而构成电机磁场的中空圆筒形状的环状粘结磁铁(稀土类各向异性粘结磁铁)的情况为例进行说明。具体而言，本实施例的环状粘结磁铁如下进行制造。
(1)磁铁原料
准备由稀土类各向异性磁铁粉末和树脂构成的磁铁原料。该磁铁原料通过对d-HDDR处理(参照日本专利第3250551号、日本专利第3871219号等)而得到的Nd-Fe-B系(例如，以原子％计，Nd：12.5％、B：6.4％、Ga：0.3％、Nb：0.2％、余量为Fe)稀土类各向异性磁铁粉末(以下适当地仅称为“磁铁粉末”)与作为热固性树脂的环氧树脂(以下适当地仅称为“树脂”)加热混炼而成的复合物进行加压成形而得到。
复合物中的树脂的混合比例当设复合物整体为100质量％时，例如为1～5质量％。另外，在此使用的稀土类各向异性磁铁粉末，除Nd-Fe-B系磁铁粉末之外，也可以混有粒径小的Sm-Fe-N系磁铁粉末等(参照日本专利第3731597号等)。
另外，本实施例中，不直接使用该复合物，而是将按需要量称量的复合物预先轻微地加压成形为所需形状的预成形体，使用该预成形体作为磁铁原料。通过这样做，能够使秤量工序与后述的加热定向工序等分开。结果，不仅提高了磁铁原料的易加工性及粘结磁铁的批量生产率，而且由于在冷态下进行复合物的秤量、预成形体的成形，因此该秤量也准确，得到的粘结磁铁也实现均质化。
(2)加热定向工序及成形工序
向磁场中成形装置(详见后述)的腔室中填充上述磁铁原料(预成形体)(填充工序)。接着，加热该磁铁原料，使树脂软化后施加定向磁场(加热定向工序)，并进行压缩成形(成形工序)。由此得到作为环状粘结磁铁的基体的磁铁成形体。另外，加热定向工序及成形工序的设定条件例如为：加热温度：120～180℃、成形压力：50～500MPa、定向磁场：0.4～1.5T、工序时间：0.5～10秒。
本实施例中，不对上述成形工序后得到的磁铁成形体进一步进行加热压缩成形，而采用从复合物成形为预成形体和之后的加热定向成形这两阶段成形。不过，在得到致密且高精度的环状粘结磁铁的情况下，上述成形工序后，也可以进一步附加进行在更高温、高压下加热压缩的致密化工序。此时为三阶段成形。
(3)加热固化工序及磁化工序
将磁铁成形体进一步加热，进行使磁铁原料中的环氧树脂加热固化的固化热处理(加热固化工序)。由此得到高强度且耐热性优良的环状粘结磁铁。通过对该加热固化处理后的磁铁成形体进行磁化，如后所述，能够得到对4极DC电刷电机用的4极进行了半径向定向的环状粘结磁铁。另外，固化热处理通过将磁铁成形体在140～180℃的炉中保持约15分钟～约60分钟而进行。
另外，磁化工序通过在环状粘结磁铁的内周侧配置有软磁性磁芯、外周侧配置有软磁性磁轭的状态下，在主要垂直于环状粘结磁铁的中心轴的放射方向(径向方向)上施加磁场来进行。此时的磁场方向不一定需要与定向磁场相同，可以是均匀的放射方向(径向方向)。当然，此时的磁场也可以是与定向磁场相同的半径向分布的磁场。此时，通过使用与后述的磁场中成形装置同样的磁化装置，也可以同时进行多个磁化。磁化使用约2T～约5T的脉冲磁场。
<磁场中成形装置>
对能够进行上述加热定向工序和成形工序的磁场中成形装置进行说明。本实施例中，作为一例，使用图3所示的磁场中成形装置S2同时成形2个磁铁成形体、即所谓的2腔室磁铁成形装置成形。
(1)基本结构
首先，利用图1A～图1D对作为磁场中成形装置S2的基础的磁场中成形装置So(以下适当地仅称为“装置So”)的基本结构进行说明。在这些图上，为了简便地说明磁场中成形装置的基本结构，特意只显示了一个腔室。图1A为装置So的平面剖面图，图1B为装置So的纵剖面图，图1C为装置So的腔室周围的详细剖面图。
装置So由金属模具30、后磁轭42、电磁线圈46(磁场源)、将磁铁原料中的树脂加热软化的高频感应加热器(未图示)、和将腔室内的磁铁原料加压成形的冲头(未图示)构成。
金属模具30由下述部分构成：设置于中央的由软磁性材料构成的圆柱状芯子32、嵌插于该芯子32外周的由强磁性超硬材料构成的圆筒状的第一环34、与第一环34间隔一定间隙而设置在该第一环34外周侧的由强磁性超硬材料构成的圆筒状的第二环36。由该第一环34和第二环36在它们之间形成环状的腔室35。
另外，第二环36的外周设有4等分的近似扇形的由强磁性材料构成的第一模38a、38b、38c、38d(主磁轭)、和设置于各第一模间的近似扇形的由不锈钢等非磁性材料构成的第二模40a、40b、40c、40d(非磁性部)。在此，将第二模40a、40b、40c、40d与第二环36接触的圆弧长度设定得分别比第一模38a、38b、38c、38d与第二环36接触的圆弧长度足够短。所述金属模具30，除芯子32、第一环34及第二环36之外，还包含这样的第一模38及第二模40而构成。
金属模具30的外周设有分别与第一模38a、38b、38c、38d磁连接而构成磁回路的环状的后磁轭42。第一模38a、38b、38c、38d与后磁轭42分别通过近似扇形的磁轭构件43a、43b、43c、43d进行磁连接。
电磁线圈46a、46b、46c、46d缠绕在由各磁轭构件43a、43b、43c、43d分划形成的空间44a、44b、44c、44d内。例如，在相邻的两个空间44a、44b之间，以内包其间的磁轭构件43a的方式缠绕有电磁线圈46a。图1D表示供给到缠绕的电磁线圈46的电流的方向的一例。图中，×标记表示电流从纸面的表侧向背侧流动，●标记表示电流从纸面的背侧向表侧流动。另外，通过改变电磁线圈46a、46b、46c、46d的导线中流通的电流的方向，能够改变产生的磁场的方向。电流的方向通过各电磁线圈的缠绕方向来调节，或者通过改变电源向电极的连接方向来调节。
当图1D所示方向的电流在电磁线圈46中流通时，形成该图中所示那样的电磁极1～4，并形成该图中虚线所示那样的主要磁回线。具体而言，形成穿过圆环状的腔室35内的图1C所示的磁力线。
在施加该磁场的情况下进行前述加热定向工序时，得到在上下左右大致对称的4个定向部进行了半径向定向的磁铁成形体。另外，如图1C所示，由磁力线显著变化的过渡区间形成4个定向部。
在此，定向为磁场定向，是指为了使各向异性磁铁粉末的易磁化轴沿规定的方向排列，通过在该方向上施加定向磁场使各向异性磁铁粉末的易磁化轴沿该磁场的方向旋转。半径向定向是指，通过定向磁场使稀土类各向异性粘结磁铁中的各向异性磁铁粉末(群)以具有半径向分布的方式定向。另外，半径向分布是指圆筒状稀土类各向异性粘结磁铁中的各向异性磁铁粉末(群)的易磁化轴的下述分布：稀土类各向异性粘结磁铁中的各向异性磁铁粉末(群)在磁极的主极部具有沿圆筒侧面的法线方向的各向异性磁铁粉末的易磁化轴，在磁极和磁极之间的过渡区间，随着接近磁极的中立点，各向异性磁铁粉末的易磁化轴逐渐指向磁铁的圆筒侧面的旋转切线方向，在中立点上成为圆筒侧面的旋转切线方向，随着远离中立点，逐渐成为圆筒侧面的法线方向。在易磁化轴不全部指向径向(放射状)方向这一点(即，指向不一样、根据部位而变化这一点)上，与通常所说的径向定向不同。
将这样得到的磁铁成形体磁化时，例如在对应于磁轭构件43a而形成的定向部的圆筒内表面上出现S极，在对应于磁轭构件43b而形成的定向部的圆筒内表面上出现N极。同样，在对应于磁轭构件43c而形成的定向部的圆筒内表面上出现S极，在对应于磁轭构件43d而形成的定向部的圆筒内表面上出现N极。这样，能够得到向电枢(armature)供给磁通的4极DC电刷电机用励磁磁铁。
(2)多腔室磁场中成形装置的结构
在上述基本结构的基础上，对通过一次加热定向工序能够得到两个环状磁铁成形体的本实施例的磁场中成形装置S2的结构依次进行说明。
首先，图2A中表示将由与上述金属模具30、后磁轭42、电磁线圈46等对应的金属模具301、302、后磁轭421、422、电磁线圈461、462等构成的单腔室磁场中成形装置S11、S12单纯并联的情况。该情况下，由图2A表明，相邻的腔室351、352间的距离延长，后磁轭421、422间形成无用的空间，无法实现装置的小型化。
因此，如图2B所示，当为了缩短该腔室间距离而单纯使后磁轭421、422缩窄时，作为磁通路的后磁轭421、422的后磁轭连结部423变窄。因此，该后磁轭连结部423处达到饱和磁通，结果，无法向通过模38、磁轭501与后磁轭连结部423连接的腔室的极施加充分的定向磁场。其结果是，施加的定向磁场的强度在腔室的各极不均匀。
因此，本实施例中，如图3所示，在构成相邻的腔室C1、C2的第一环21、22间设置由强磁性材料构成的中间磁轭11，使该中间磁轭11的腔室C1侧及腔室C2侧两侧的电磁线圈13内流通相同方向的电流，并且设置同时包围腔室C1、C2的近似方形环状的后磁轭12。
由此，电磁线圈13产生的磁动势经过兼为磁芯的中间磁轭11，形成主要磁方向相同的定向磁场(中间定向磁场)而施加于腔室C1、C2。另外，该中间定向磁场引起的定向作用于腔室C1、C2的各自的定向部，因此，电磁线圈13的磁动势约为中间定向磁场以外的部分(例如外周)的电磁线圈的磁动势的两倍。在此，当磁场中成形装置S2的所有电磁线圈中从电流源(未图示)供给的电流相等时(例如，各电磁线圈串联时)，电磁线圈13的匝数可以设定为其它部分的约两倍。当对本实施例这样的4极环状粘结磁铁进行定向时，电磁线圈13中流通的电流的方向可以如图3所示进行设定。另外，图3所示的磁场中成形装置S2的构成部件，与图1A～图1D所示的磁场中成形装置So的构成部件具有共同的基本结构和功能，因此省略其说明。
(3)评价
对使用本实施例的磁场中成形装置S2得到的一个环状粘结磁铁(极1～极4)的磁特性、和使用图2A所示的磁场中成形装置S11(单纯将两台磁场不干扰的现有的磁场中成形装置并联)及图2B所示的磁场中成形装置S13得到的一个环状粘结磁铁(极1～极4)的磁特性进行测定，测定结果合并示于图4。另外，在此测定的磁特性，为环状粘结磁铁的表面磁通密度的径向成分的角度分布。另外，图4所示的磁通密度为相对值，作为基准的是使用磁场中成形装置S11得到的环状粘结磁铁的各极的磁通变化。图4中，作为该基准的磁通变化设定为磁通曲线a，该磁通曲线a的最大值及最小值表示为±1。由图4表明，磁通曲线a具有磁通密度分布在各极均匀的特性。
使用磁场中成形装置S13得到的环状粘结磁铁的磁通变化表示为磁通曲线b。该情况下，由于后磁轭连结部423狭窄，因此定向磁场在该部分达到饱和磁通，使从极3到极4的磁回线和从极3到极2的磁回线(穿过其的磁通)减弱。结果，对应于极3的腔室部分的磁场强度极端减弱，另外，对应于极4和极2的腔室部分的磁场强度也减弱，因而在这些部分无法得到充分的定向。即，当要使用磁场中成形装置S13获得多个粘结磁铁时，无法输出与用现有的磁场中成形装置S11等获得一个粘结磁铁时同等的定向磁场。更具体而言，将磁通曲线b与磁通曲线a进行对比时表明，磁通曲线b的磁通密度的峰值相对于磁通曲线a的磁通密度的峰值，在极3中降低到约50％，另外，在极2和极4中降低到约75％。因此，在电机中使用由磁场中成形装置S13得到的环状粘结磁铁时，该电机的转矩大幅度降低，并且由磁通密度的不均匀性产生的齿槽转矩增大，因而不优选。
与此相对，在使用本实施例的磁场中成形装置S2而得到的环状粘结磁铁的情况下，由表示其磁通变化的磁通曲线c可知，能够输出与用现有的磁场中成形装置S11等获得一个粘结磁铁时(磁通曲线a)同等的定向磁场。其原因在于，与使用磁场中成形装置S13时不同，磁通路上没有狭窄的部分，因此在施加定向磁场时，磁回线上没有磁通减弱的部分。
(4)其它实施例
图5表示通过一次加热定向工序能够得到4个磁铁成形体的磁场中成形装置S3。图5中所示的虚线为磁回线，相邻而平行延伸的磁回线表示磁方向相同。另外，与图5所示的磁场中成形装置S3同样，通过一次加热定向工序能够得到4个磁铁成形体的另一个磁场中成形装置S4示于图6。
磁场中成形装置S3为腔室上下左右均等设置，能够获得4个(2×2个)磁铁成形体的装置，而磁场中成形装置S4为腔室上下为一层而左右设置4列，能够获得4个(1×4个)磁铁成形体的装置。图6中所示的虚线也为磁回线，相邻而平行延伸的磁回线表示磁方向相同。
另外，能够获得多个磁铁成形体的磁场中成形装置中，各腔室的设置不限于直线或方形的情况。只要设置于相邻腔室间的中间磁轭所产生的磁场的磁方向为相同的定向磁场(中间定向磁场)，则各腔室的设置可以为三角形、六角形等。