DE3943328C2 - Verfahren zum Spritzen eines Dauermagneten und Hohlform zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine zur Durchführung des Verfahrens ge­ eignete Hohlform nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Aus der JP 62-149109 (A) sind zur Herstellung von Dauer­ magneten aus Kunststoffmagnetmaterial, bestehend aus Kunst­ stoff und ferromagnetischen Partikeln, wie Ferrit, Sm-Co, etc., mit bipolarer Magnetisierung, Anordnungen bekannt, die eine Einspritzöffnung aufweisen, die rechtwinkelig zur Magne­ tisierungsrichtung angeordnet ist, und solche, die zwei Ein­ spritzöffnungen aufweisen, die an den Seiten des Nordpols bzw. des Südpols angeordnet sind, und zwar in Richtung der Magnetisierung.

Wenn ein Dauermagnet aus Kunststoffmagnetmaterial hergestellt wird, insbesondere ein ringröhrenförmiger Magnet, der radial magnetisiert ist, ändert sich die Verteilung der magnetischen Flußdichte am Umfang in starkem Ausmaß nach Maßgabe der Lage oder der Lagen der Einspritzöffnung(en). Diese Erscheinung wird unabhängig davon beobachtet, ob der Magnet isotrop oder anisotrop ist. Ein magnetisches Partikel wie Ferrit, Sm-Co, etc. hat eine Form-Anisotropie und eine magnetische Anisotro­ pie längs der C-Achse des Kristalls dieses Partikels. Ferrit­ partikel (a in Fig. 5) sind stufenleiterartig und haben eine Achse leichter Magnetisierung in Dickenrichtung. Daher neigt die Orientierung dazu durch das Fließen des Kunststoffs beim Einspritzen beeinflußt zu werden. Für einen ringröhrenförmi­ gen Dauermagneten teilt ein in der Mitte des Hohlraums ange­ ordneter Dorn die Kunststoffströmung in zwei Teile. Fig. 5 ist eine vergrößerte Fotografie eines Querschnitts eines an­ isotropen Magneten, der unter Verwendung einer einzigen Ein­ spritzöffnung G1 hergestellt ist, wobei die Aufnahme durch die Einspritzöffnung hindurch erfolgt ist. Die Verteilung der magnetischen Partikel ist in dieser Fotografie gezeigt. Nahe dem äußeren Umfang auf der Seite der Einspritzöffnung G1, das heißt auf der linken Seite, liegt die Dickenrichtung vieler Partikel a in Radialrichtung des Magneten. Nahe dem äußeren Umfang, der der Einspritzöffnung G1 diametral gegenüberliegt, das heißt auf der rechten Seite, liegt die Dickenrichtung vieler Partikel a in Dickenrichtung des Magneten. Es ist zu erkennen, daß der strömende Kunststoff die Partikel in dieser Weise gedrückt hat. Daher ist die Magnetisierung gleichförmig auf der Seite der Einspritzöffnung. Es ist jedoch schwie­ riger, eine gleichförmige Magnetisierung auf der entgegenge­ setzten Seite zu erzielen. Fig. 6 ist eine grafische Darstel­ lung der Verteilung der magnetischen Flußdichte am äußeren Umfang eines isotropen Magneten, der unter Verwendung einer einzigen Einspritzöffnung hergestellt wurde und radial bipo­ lar magnetisiert ist. Wie am besten aus Fig. 6 erkennbar, ist die Verteilung der magnetischen Flußdichte an Stellen, die 180° von der Einspritzöffnung G1 beabstandet sind, weniger gleichförmig als die magnetische Flußdichte an der Stelle der Einspritzöffnung. An diesen Stellen erscheinen zwei Spitzen. Beim bipolaren Magneten tritt zwischen dem Nordpol und dem Südpol ein Ungleichgewicht der magnetischen Flußdichte auf. Bei zwei Einspritzöffnungen ist die Verteilung der magneti­ schen Flußdichte an Stellen, die 90° von den Einspritzöffnun­ gen beabstandet sind, in der gleichen Weise außer Ordnung.

Einige Arten magnetischer Partikel haben eine Achse leichter Magnetisierung in Längsrichtung. Auch mit diesen magnetischen Partikeln ist es schwierig, einen ringröhrenförmigen Magneten so zu formen, daß die magnetischen Partikel gleichförmig über den gesamten äußeren Umfang des Magneten verteilt sind, und zwar unabhängig davon, ob eine Einspritzöffnung oder zwei Einspritzöffnungen verwendet werden. Wenn ein anisotroper Magnet geformt wird, beeinflussen das magnetische Feld und die Kunststoffströmung die Orientierung der Partikel. Dies verkompliziert die Steuerung der Formbedingungen.

Wenn Magnete mit einer ungeordneten Verteilung der magneti­ schen Flußdichte bei einem Schrittmotor verwendet werden, stoppt der Rotor an unregelmäßigen Stellen, was eine un­ gleichförmige Drehung des Rotors verursacht. Wenn solche Magnete in einer Kamera eingesetzt werden, werden die auto­ matische Scharfeinstellung (Autofokusbetrieb) und die auto­ matische Belichtung fehlerhaft ausgeführt.

Aus den Druckschriften JP 55-145326 (A), JP 60-220917 (A) und JP 60-246614 (A) sind Vorrichtungen zum Gießen von ringförmigen Dauermagneten bekannt, bei denen das Material über mehrere in einer Stirnfläche der Hohlform angeordnete Einspritzöffnungen in Richtung der Symmetrie- oder Mittelachse eingespritzt wird. Die voranstehenden Ausführungen treffen auf diesen Stand in praktisch gleicher Weise zu.

Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der US 4 549 157 bekannt. Dieses Verfahren macht von einer Anordnung Gebrauch, bei der das einzuspritzende Mate­ rial durch einen Eingießkanal längs der Symmetrieachse der Form in einen zu der Symmetrieachse konzentrischen scheiben­ förmigen Hohlraum geleitet wird, dessen Umfangsfläche die ringförmige Einspritzöffnung in die Hohlform darstellt, so daß das Material in dem scheibenförmigen Hohlraum um 90° um­ gelenkt wird, um dann radial von innen nach außen in die Hohlform eingespritzt zu werden. Wenn die Form nach dem Gieß­ vorgang geöffnet wird, bricht das verfestigte Material am Übergang zwischen dem Eingießkanal und dem scheibenförmigen Hohlraum ab, wobei die Bohrung, also die zentrale Öffnung des ringförmigen Dauermagneten durch Entfernen des in dem schei­ benförmigen Hohlraum verfestigten Materials erst in einem zweiten Arbeitsschritt noch hergestellt werden muß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines ringförmigen Dauermagneten und eine dafür geeignete Form mit einfachem Aufbau zu schaffen, der keinen singulären Punkt in der Ausrichtung der magnetischen Partikel am äußeren Umfang aufweist, wie er bislang infolge der Lagen der Einspritzöffnungen auftritt, und bei dem eine gleichför­ mige Orientierung des Kunststoffmagnetmaterials in einem Hohlraum sowie eine gleichförmige Magnetisierung erzielt wer­ den.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. eine Hohlform gemäß Patentanspruch 3 gelöst.

Das Kunststoffmagnetmaterial, das von der ringförmigen Ein­ spritzöffnung in den Hohlraum eingespritzt wird, fließt längs der Innenfläche oder der Außenfläche des Hohlraums von oben nach unten. Zur gleichen Zeit fließt es gleichförmig nach außen oder nach innen über die gesamte Oberfläche und fließt dann längs der Außenfläche oder der Innenfläche nach oben. Die dem Kunststoffmagnetmaterial zugesetzten magnetischen Partikel werden von der Strömung des Materials getragen, fließen in den Hohlraum und füllen ihn. Folglich sind die magnetischen Partikel im Hohlraum über die gesamte Fläche gleichförmig orientiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines ringröhrenförmigen Dauermagneten gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Herstellungsform für einen ringröhrenförmigen Dauermagneten gemäß der Er­ findung,

Fig. 3 eine Mikrofotografie, die die innere Struktur eines in erfindungsgemäßer Weise hergestellten ringröhren­ förmigen Dauermagneten zeigt,

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Verteilung der mag­ netischen Flußdichte dieses ringröhrenförmigen Dauer­ magneten, der radial bipolar magnetisiert ist,

Fig. 5 eine Mikrofotografie, die die innere Struktur eines unter Verwendung einer einzigen Einspritzöffnung her­ gestellten herkömmlichen ringröhrenförmigen Dauermag­ neten zeigt, und

Fig. 6 eine grafische Darstellung der Verteilung der mag­ netischen Flußdichte des ringröhrenförmigen Dauer­ magneten von Fig. 5, der radial bipolar magnetisiert ist.

Gemäß Fig. 1 ist ein Dauermagnet 1 der in Frage stehenden Art erfindungsgemäß durch Spritzgießen hergestellt. Eine ringför­ mige Einspritzöffnung 6 ist an der Innenseite der oberen Flä­ che eines ringröhrenförmigen Hohlraums 2 ausgebildet. Kunst­ stoffmagnetmaterial, dem magnetische Partikel aus Ferrit zu­ gesetzt sind, wird über die Einspritzöffnung 6 in den Hohl­ raum 2 eingespritzt, um den Magneten 1 zu formen.

Fig. 2 zeigt eine Herstellungsform für den Dauermagneten 1. Diese Form enthält eine Formplatte 3, die die Außenfläche 2a des Hohlraums bildet, eine weitere Formplatte 4, die den Bo­ den 2b des Hohlraums 2 bildet und zugleich als eine Ausstoß­ hülse dient, einen Kernzapfen 5, der sich durch die Mitte der Ausstoßhülse erstreckt und die Innenfläche 2c des Hohlraums 2 bildet, und eine Formplatte 7, die die obere Fläche 2d des Hohlraums bildet. Diese Form bildet den ringröhrenförmigen Hohlraum 2 zur Formung des Dauermagneten 1. Die Trennlinie dieser Form ist in Fig. 2 mit P.L. bezeichnet. Die Formplatte 7 ist mit einem Eingießkanal 8 versehen. Der Kernzapfen 5 ist in den vorderen Endabschnitt des Eingießkanals 8 zur Bildung einer Einspritzöffnung 6 eingeführt. Beim vorliegenden Bei­ spiel ist der Durchmesser des vorderen Endes des Eingießka­ nals 8, das heißt der äußere Durchmesser der ringförmigen Einspritzöffnung 6 um 0,5 bis 0,6 mm größer als der Durchmes­ ser des Kernzapfens 5. Magnetische Partikel a mit einer Länge von 0,1 bis 0,25 mm und einer Dicke von 30 bis 50 µm können die Einspritzöffnung 6 leicht in Längsrichtung passieren. Die Partikel treten über den gesamten äußeren Umfang des Kernzap­ fens 5 gleichförmig in den ringröhrenförmigen Hohlraum 2 ein.

Der ringförmige Dauermagnet 1 wird unter Verwendung dieser Form in der nachfolgend beschriebenen Weise hergestellt. Die Platten 7 und 3 werden bewegt, um den Hohlraum zu schließen, und der Kernzapfen 5 wird eingeführt. Die Lage der Bodenflä­ che des Hohlraums 2 wird von der Formplatte 4 vorgegeben. Dann wird ein Kunststoffmagnetmaterial von dem Eingießkanal 8 her über die ringförmige Einspritzöffnung 6 in den Hohlraum 2 eingespritzt. Das Material fließt längs dem Kernzapfen 5 nach unten und zur gleichen Zeit gleichförmig über 360° nach außen, so daß es längs der Formplatte 3 nach oben fließt und den Hohlraum 2 füllt. Nachdem sich das Kunststoffmagnetmate­ rial verfestigt hat, wird die Formplatte 7 bewegt, um den Hohlraum zu öffnen. So werden der verfestigte Kunststoff in dem Hohlraum 2 und der verfestigte Kunststoff in dem Eingieß­ kanal 8 an der Stelle der Einspritzöffnung 6 voneinander ge­ trennt. Schließlich wird die Formplatte 4 vorgestoßen, um den ringförmigen Dauermagneten 1, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, auszustoßen.

Fig. 3 ist eine Mikrofotografie eines Querschnitts durch einen isotropen ringförmigen Dauermagneten, der auf erfin­ dungsgemäße Weise hergestellt wurde. Wie aus Fig. 3 erkenn­ bar, sind viele der magnetischen Partikel a gleichförmig ver­ teilt, und zwar so daß ihre Dickenrichtung in Radialrichtung liegt. Die Partikel sind gleichförmig über die gesamte Fläche ausgerichtet, und zwar unabhängig davon, ob sie sich auf der Seite der Einspritzöffnung oder demgegenüber 180° beabstan­ det befinden.

Fig. 4 ist eine grafische Darstellung, die die Verteilung der magnetischen Flußdichte am äußeren Umfang dieses isotropen, ringförmigen Dauermagneten zeigt, der radial bipolar magneti­ siert ist. Wie aus Fig. 4 erkennbar, ist die Verteilung der magnetischen Flußdichte um den Nordpol und den Südpol, die in einem Abstand von 180° magnetisiert sind, im wesentlichen konstant. Es besteht kein Ungleichgewicht wie in Fig. 6 zwi­ schen der Verteilung der magnetischen Flußdichte um die Ein­ spritzöffnung G1 und der Verteilung der magnetischen Fluß­ dichte an der gegenüber 180° von der Einspritzöffnung ver­ setzten Stelle.

Wenn die ringförmige Einspritzöffnung an der Außenseite einer Endfläche des ringröhrenförmigen Hohlraums angeordnet ist, fließt das Kunststoffmagnetmaterial über die gesamte Fläche gleichförmig in den Hohlraum, und das Material fließt in gleicher Weise wie zuvor erwähnt gleichförmig über die ge­ samte Fläche in dem Hohlraum. Folglich sind die magnetischen Partikel über die gesamte Fläche gleichförmig orientiert.

Das Verfahren zur Herstellung des Magneten und die Herstel­ lungsform gemäß der Erfindung können auch zur Formung eines anisotropen Magneten durch entsprechende Gestaltung des mag­ netischen Feldes verwendet werden. Wenn solch ein anisotroper Magnet geformt wird, wird der Hohlraum 2 dem magnetischen Feld ausgesetzt. Dieses magnetische Feld kann schwächer sein als im obigen Fall. Aufgrund des magnetischen Feldes und der gleichmäßigen Strömung eines Kunststoffmagnetmaterials, das über die ringförmige Einspritzöffnung eingespritzt wird, wer­ den die Partikel glatter oder gleichförmiger längs dem magne­ tischen Feld orientiert. Auf diese Weise läßt sich eine magnetische Anisotropie leicht erreichen.

Der auf diese Weise geformte ringförmige Dauermagnet eignet sich nicht nur als Rotor eines Motors für eine Uhr, sondern auch als Rotor eines Antriebsmotors für eine Kamera. Ferner ist die Erfindung nicht auf einen radial magnetisierten Dauermagneten beschränkt. Die Erfindung ist auch anwendbar auf einen Ringmagneten für ein Magnetlager, einen FG-Ring, etc.

Wie oben beschrieben, wird ein ringröhrenförmiger oder ring­ förmiger Dauermagnet gemäß der Erfindung hergestellt, wobei kein singulärer Punkt in der Orientierung der magnetischen Partikel am äußeren Umfang aufgrund der Lage der Einspritz­ öffnung auftritt, anders als bei der Herstellung eines sol­ chen Magneten nach dem Stand der Technik. Auf diese Weise wird ein isotroper Magnet, der keine Einschränkungen bezüg­ lich der Magnetisierungsrichtung abhängig von der Einspritz­ öffnungslage aufweist, erhalten. Wenn ein anisotroper Magnet geformt wird, unterliegen die Formbedingungen keinen engen Beschränkungen. Darüber hinaus führt ein schwaches Magnetfeld zu einer gleichförmigen Magnetisierung.

Bei dem ringröhrenförmigen oder ringförmigen Dauermagneten gemäß der Erfindung, der nach diesem Verfahren hergestellt wird, sind die magnetischen Partikel über den gesamten äuße­ ren Umfang verteilt. Der Magnet kann gleichförmig magneti­ siert werden und als Rotor hoher Qualität in einer Uhr oder einem automatischen Verschluß verwendet werden.

Da die Herstellungsform dieses Dauermagneten gemäß der Er­ findung einfach aufgebaut ist, eignet sie sich zur Herstel­ lung kleiner ringröhrenförmiger oder ringförmiger Dauer­ magneten. Sie erfüllen ausreichend die Anforderung an die Miniaturisierung. Auch werden die Herstellungskosten nicht erhöht.

Claims (2)

1. Verfahren zum Spritzen eines Dauermagneten mit einer rotationssymmetrischen ringartigen Form aus einem magneti­ sierbare Partikel enthaltenden Kunststoffmaterial in einer Hohlform, bei dem das Kunststoffmaterial durch eine ringför­ mige, zur Mittelachse konzentrische Einspritzöffnung (6) ein­ gespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial durch eine kreisringförmige Einspritzöffnung (6) in einer Stirnfläche der Hohlform in Richtung der Mittelachse eingespritzt wird.

2. Hohlform zum Herstellen eines Dauermagneten mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1, bestehend aus zumindest einer einen rotationssymmetrischen Hohlraum (2) mit einer Mittel­ achse aufweisenden und/oder bildenden Formplatte (3, 4), einer deckelartigen Formplatte (7) und einem konzentrisch zu der Mittelachse angeordneten Kernzapfen (5), dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kernzapfen (5) in einen in der deckelartigen Formplatte (7) ausgebildeten Angießkanal (8) hineinragt und mit diesem die kreisringförmige Einspritz­ öffnung (6) bildet.