JP2006261460A - 永久磁石の着磁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 極小径・多極といった着磁ピッチの狭いリング状永久磁石でも、着磁不足が生じず、着磁品質を高めることができ、低コストで強力な着磁作業を効率よく迅速に行えるようにする。
【解決手段】 加熱部１０と着磁部１２を別体構造として軸方向に配設すると共に加熱部と着磁部とを相対的に接近・離間自在に支持し、且つ被着磁物２０の保持部材２２を前記加熱部及び着磁部に対して相対的に移動可能とし、着磁部と離間している加熱部で被着磁物が加熱され、該被着磁物が加熱されたままの状態で着磁部と加熱部を接近させ、次いで被着磁物が着磁部に移されて着磁され、着磁部と加熱部とが離間するように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、永久磁石に着磁を施す装置に関し、更に詳しく述べると、被着磁物を、そのキュリー点以上の温度からキュリー点未満の温度まで降温させつつ、その間、着磁磁界を印加し続ける永久磁石の着磁方法で使用する着磁装置に関するものである。この技術は、特に限定されるものではないが、例えば極小径ステッピングモータのロータに用いるリング状永久磁石の多極着磁などに有効である。

ラジアルギャップ方式の永久磁石ステッピングモータなどに組み込むリング状永久磁石ロータを多極着磁するには、一般にコイル通電方式の着磁装置が用いられている。この種の着磁装置は、例えば磁気ヨークに、被着磁物であるリング状永久磁石を挿入・抜出可能な被着磁物収容穴を設けると共に、該被着磁物収容穴の内壁面に軸方向に延びる溝を多数形成し、該溝内に絶縁被覆導線を埋設して、隣り合う絶縁被覆導線がつづら折れ状に連続してコイルを形成する構造である。被着磁物を被着磁物収容穴に挿入し、コンデンサに蓄えた電荷を瞬時に放出することで、コイルにパルス電流を流し、それによって発生する磁界により着磁を行っている。

周知のように、近年の電子機器の著しい小型化に対応して、それに使用するステッピングモータなども小型化・小径化が進んでいる。ロータとして用いるリング状永久磁石を多極着磁する際、上記のようなコイル通電方式の着磁装置を用いてパルス状の大きな電流を流すが、リング状永久磁石の小径化に伴い、着磁ピッチ（着磁極間距離）が狭くなり、そのため配設するコイルの導線径が細くなって、導線に流せる電流値が制限されるため、十分な着磁特性が得られない問題が生じてきた。

このような問題を解決できる一つの手法として、複数の永久磁石を放射状に配置することによって中心部に複数の反転磁極を形成し、その中心部に被着磁物を配置することにより４極以上の多極着磁を行う方法が提案されている（特許文献１参照）。確かに、このような永久磁石方式の着磁装置の使用によって、被着磁物の磁極ピッチの狭小化に際して問題となる着磁不足は、ある程度改善できる。

しかし、最近のステッピングモータの小型化（小径化）・高性能化に対する要望は極めて大きい。例えば携帯映像機器のオートフォーカス機構などでは、高精細な画像を得るためにレンズアクチュエータを高精度で制御できる狭ピッチ多極着磁されたステッピングモータが重要な電子部品となっている。ここでは、ロータを構成するリング状永久磁石としては、例えば直径３ｍｍ以下、着磁極数が１０極以上の狭ピッチ構造に対して、飽和着磁レベルの着磁特性というような要求がある。このような着磁構造に対しては、上記のような従来の着磁方法では、例え永久磁石方式であっても着磁不足が生じ、しかも表面磁束密度ピーク値のばらつきが大きい問題が生じる。

着磁不足を改善する技術として、被着磁物を高温の雰囲気や液中における飽和着磁磁界の減少を利用して着磁する方法も提案されている（特許文献２など参照）。例えば、希土類永久磁石の一種であるＰｒ−Ｆｅ−Ｂ磁石において、１００℃での着磁磁界は２５℃での着磁磁界に比較して低い値をもつから、この温度領域で着磁を行うことにより、安定な低磁界での飽和着磁をすることが可能であることが開示されている。

ところが、実際に着磁を行ってみると、前記のような極小径・多極といった着磁ピッチの狭いリング状永久磁石では、表面磁束密度ピーク値全極の平均値については多少の着磁特性の向上はみられるものの、依然として、表面磁束密度ピーク値のばらつきは大きく、高品質の着磁は極めて困難である。
特開２００１−２６８８６０公報 特開平６−１４０２４８号公報

本発明が解決しようとする課題は、極小径・多極といった着磁ピッチの狭いリング状永久磁石でも、着磁不足が生じず、着磁品質を高めることができ、低コストで強力な着磁作業を効率よく迅速に行えるような装置を提供することである。

着磁不足が生じず、着磁品質を高めることができる技術として、本発明者等は、先に、被着磁物である永久磁石を、そのキュリー点以上の温度からキュリー点未満の温度まで降温させつつ、その間、被着磁物に着磁磁界を印加し続ける永久磁石の着磁方法を提案した（特願２００４−３７４９１８）。この方法によれば、極小径・多極着磁構造でも、着磁特性（磁力特性）が高く、且つ着磁品質の良好なリング状永久磁石が得られる。

本発明は、このような着磁方法を実施するのに有効な装置である。即ち本発明は、加熱部と着磁部を別体構造として軸方向に配設すると共に前記加熱部と着磁部とを相対的に接近・離間自在に支持し、且つ被着磁物の保持部材を前記加熱部及び着磁部に対して相対的に移動可能とし、着磁部と離間している加熱部で被着磁物が加熱され、該被着磁物が加熱されたままの状態で着磁部と加熱部を接近させ、次いで被着磁物が着磁部に移されて着磁され、着磁部と加熱部とが離間するように構成した永久磁石の着磁装置である。本発明では、着磁部を固定し加熱部を可動としてもよいし、逆に加熱部を固定し着磁部を可動としてもよい。また、着磁部及び加熱部に対して被着磁物の保持部材を移動してもよいし、逆に被着磁物の保持部材を固定し、それに対して加熱部と着磁部を移動するように構成してもよい。

より好ましくは、本発明は、筒型構造をなし内周面が加熱面となる加熱部と筒型構造をなし内周面が着磁面となる着磁部とを軸方向に配設すると共に前記加熱部と着磁部とを相対的に接近・離間自在に支持し、且つ被着磁物を保持する棒状の保持部材が前記加熱部及び着磁部を貫通して軸方向に相対的に移動可能に設置し、着磁部と離間している加熱部で被着磁物が加熱され、該被着磁物が加熱されたままの状態で着磁部と加熱部を接近させ、次いで被着磁物が着磁部に移されて着磁され、着磁部と加熱部が離間するようにしたことを特徴とする永久磁石の着磁装置である。

着磁部は、コイルに通電することにより発生する磁界を印加するコイル通電方式でもよいが、特に極小径の永久磁石を多極着磁するような場合には、永久磁石による磁界を印加する永久磁石方式の方が好ましい。そのような着磁部の例としては、非磁性ブロックの中央に被着磁物を挿入・抜出可能な円形の被着磁物収容穴を設けると共に、該被着磁物収容穴の内壁面から放射状に延びる多数本の溝を等角度で設け、各溝に被着磁物よりもキュリー点が高い着磁用永久磁石をそれぞれ埋設した構造がある。

本発明は、着磁部と加熱部が縦に配列され、軸の方向が垂直となる竪配置形式であってもよいし、加熱部と着磁部が横に並べられ、軸の方向が水平となる横配置形式でもよい。着磁部と加熱部の間に断熱部材を介装してもよい。

本発明の着磁装置は、加熱部と着磁部を別体構造とし、それらが接近・離間自在とし、それら加熱部と着磁部に対して被着磁物の保持部材が相対的に移動可能となるように構成されているので、被着磁物を加熱部でキュリー点以上の温度に加熱し、次いで素早く着磁部に移してキュリー点未満の温度まで降温させつつ、その間、着磁磁界を印加し続ける作業を、一連の操作で容易に行うことができ、着磁の作業性が向上する。これによって、極小径・多極といった着磁ピッチの狭いリング状永久磁石でも、着磁不足が生じず、着磁品質を高めることができ、低コストで強力な着磁が効率よく行える。

特に、着磁部としてキュリー点の高い永久磁石を用いる方式とすると、着磁ピッチの狭小化に対応し易いため、直径３ｍｍ以下の極小径、１０極以上の多極のリング状永久磁石の着磁に有効であるし、装置の簡素化や長寿命化を図ることができ、通電不要などにより運転コストを低減化できる利点も生じる。

図１は、本発明に係る着磁装置の一実施例を示す説明図である。この着磁装置は、筒型構造をなし内周面が加熱面となる加熱部１０と、筒型構造をなし内周面が着磁面となる着磁部１２を具備し、それらは別体であって、軸方向に（軸に沿った方向に）配設されている。この例は、加熱部１０が下方に位置し、着磁部１２が上方に位置するように縦に配列され、軸の方向が垂直となる竪配置形式である。加熱部１０と着磁部１２とは、相対的に接近・離間自在に支持されている。離間状態では、着磁部１２の過剰な加熱を防ぐため、加熱部１０と着磁部１２の間には十分な空間をおくようにする。加熱部１０の上面には薄い断熱部材１４を設けるのがよい。着磁部１２の外周側には、冷却部１６が設けられている。他方、被着磁物（永久磁石）２０を保持する棒状の保持部材２２が、前記加熱部１０及び着磁部１２を貫通して軸方向に相対的に移動可能に設置される。ここでは、着磁部１２が固定され、加熱部１０が上下駆動機構２４で上下方向に駆動されて前記着磁部１２に対して接近・離間自在となっている。また、被着磁物２０の保持部材２２が上下駆動機構２６で上下方向に駆動されて該被着磁物２０が加熱部１０及び着磁部１２に対して移動するように構成されている。保持部材の方が軽量であるため、該保持部材を移動させる方が迅速化できるからである。勿論、保持部材を固定し、加熱部と着磁部を駆動機構で移動させるようにしてもよい。加熱部１０の温度及び上下駆動機構２４，２６の動作など（位置や停止時間など）は、制御部２８で制御される。

着磁部の内部構造の一例を図２に示す。この例は、永久磁石により生じる磁界を着磁磁界として被着磁物に印加する永久磁石方式である。なお図２は、図１のｘ−ｘ位置での水平断面を示している。被着磁物２０はリング状の永久磁石であり、それを１０極着磁する例である。着磁部１２は、非磁性ブロック（例えばステンレス鋼製ブロック）３０の中央に、被着磁物２０を挿入・抜出可能な円形の被着磁物収容穴３２を設けると共に、該被着磁物収容穴３２の内壁面から放射状に延びる１０本の断面矩形の溝３４を等角度で設け、各溝３４に被着磁物よりもキュリー点が高い断面四角形の棒状の着磁用永久磁石３６をそれぞれ埋設した構造である。従って、着磁部１２の内周面が着磁面となる。

加熱部１０は、ここでは外周側の加熱部本体４０と、その内周側に位置する伝熱部４２からなり、加熱部本体４０に多数の軸方向に延びる向きのシースヒータ（抵抗加熱器）を円周状に配列した構造である。加熱部本体４０で発生した熱は、熱伝導性の良好な真鍮などからなる伝熱部４２により内側へと伝わる。従って、伝熱部４２の内周面が加熱面となる。この加熱部１０は、被着磁物収容穴４４内に位置する被着磁物を、そのキュリー点以上に加熱でき、所定の一定温度に維持できる能力を有するものである。

リング状の被着磁物２０を保持する棒状の保持部材２２は、下支え４６と上押さえ４８の組み合わせからなり、上下から被着磁物２０を挾持する構造である。勿論、下支えのみでも保持は可能である。加熱部１０は周囲の空気も加熱し、加熱された空気は上昇して着磁部１２を加熱しようとする。断熱部材１４は、加熱部１０の上部に位置する着磁部１２が自然対流などにより加熱されるのを防ぐものであり、耐熱性能及び断熱性能を有するものであれば、任意の材料であってよい。冷却部１６は、着磁部１２を冷却し、着磁部１２の温度をほぼ一定に維持する機能を果たすものである。加熱部１０が一定温度で制御されることで、冷却部１６の自然放冷により着磁部１０はほぼ一定に保たれる。勿論、冷却部１６も温度制御を行ってもよい。

本発明では、高温下で着磁用永久磁石３６が被着磁物２０に対して着磁できる磁界を発生できるように、着磁用永久磁石のキュリー点を被着磁物である永久磁石のキュリー点よりも高く設定する。そして、被着磁物の着磁のために必要な磁界を最小限にするために、加熱温度を被着磁物である永久磁石のキュリー点よりも高く設定し、更に着磁用永久磁石が被着磁物に着磁できる磁界を残存させ着磁能力をもたせるために、前記の加熱温度を着磁用永久磁石のキュリー点より低く設定する。

被着磁物２０がＮｄＦｅＢ等方性磁石（キュリー点：材質などによって３５０〜３９０℃程度）の場合を例にとると、着磁用永久磁石３６としてはＳｍＣｏ焼結磁石（キュリー点：約８５０℃）が好適である。加熱部１０としては、被着磁物のキュリー点Ｔｃ以上に加熱できる性能が必要である（実験結果によれば、Ｔｃ＋３０℃程度以上まで加熱できることが望ましい）。

図３は、この着磁装置の動作を示す説明図である。
Ａ：被着磁物の装着
Ａは被着磁物２０を保持部材２２に装着した状態を示している。被着磁物２０は、下支え４６と上押さえ４８とで挾持される。
Ｂ：被着磁物の加熱
保持部材２２を降下させて、被着磁物２０を加熱部１０内に位置させ、被着磁物のキュリー点以上の所定の温度で加熱する。例えば、被着磁物がＮｄＦｅＢ等方性磁石（キュリー点：約３５０℃）の場合、加熱部１０で被着磁物２０を３８０℃程度まで加熱する。
Ｃ：加熱部移動
保持部材２２はそのまま動かさず（被着磁物２０の位置は変わらず）、加熱部１０を上昇させて、加熱部１０の上面（図示するのを省略しているが、上面には図１に符号１４で示す断熱部材が位置している）を着磁部１２の下面に密着させる。
Ｄ：着磁
保持部材２２を上昇させて被着磁物２０を着磁部１２内に送り込み、着磁用永久磁石により所定の着磁磁界を印加する。
Ｅ：冷却
被着磁物２０を着磁部１２内に送り込んだなら直ちに加熱部１０を降下させる。これによって着磁部１２は冷却部１６で冷却される。その間、被着磁物２０には着磁部１２内で着磁磁界が印加され続ける。このようにして、被着磁物２０は、前記着磁部１２内に設置されたままキュリー点未満の温度まで冷却される（実験結果によれば、Ｔｃ−５０℃以下まで冷却するのが好ましい）。これにより、被着磁物への最大限の着磁が可能となり、被着磁物への着磁がなされるため、被着磁物のキュリー点を下回る温度まで冷却されたときに、十分な磁力が発生する。
Ｆ：被着磁物の取り出し
着磁完了後、保持部材２２を更に上昇させて、被着磁物２０を着磁部１２の外に出し、取り出す。これで１回の着磁サイクルが完了する。被着磁物２０の大きさにもよるが、極小径で熱容量が小さい場合には、数秒程度のサイクルで着磁を行うことができる。

一般に、加熱部から着磁部への被着磁物移動時、被着磁物は急速降温するため、着磁部までの移動距離及び移動時間は短いほど好ましい。本発明では、加熱部と着磁部を相対的に移動できる構造とし、且つ加熱部と着磁部とが密着可能としている。そして、密着時に被着磁物を加熱部から着磁部へ移送する。加熱部と着磁部との密着によって、移送時における被着磁物の過剰な降温を抑制でき、また被着磁物の移動距離が短くなることから移動時間も短縮され、高速動作が可能になり、生産性も向上する。また、通常状態では、加熱部と着磁部は離間しているため、着磁部が過度に加熱されることもない。

以上の一連の操作によって、被着磁物であるリング状の永久磁石の外周面には、着磁磁極に対応した磁極が現れ、室温では十分に着磁された永久磁石を得ることができる。図４に、製品５０であるリング状永久磁石に施されている多極着磁の状況を示す。

図５は、本発明に係る着磁装置の他の実施例を示す縦断面図である。この着磁装置も、筒型構造をなし内周面が加熱面となる加熱部１０と、筒型構造をなし内周面が着磁面となる着磁部１２を具備し、それらが別体であって、軸方向に配設されている。この例は、加熱部１０と着磁部１２が横に並べられ、軸の方向が水平となっている横配置形式である。加熱部１０と着磁部１２とは、相対的に接近・離間自在に支持されている。着磁部１２の外周側には、冷却部１６が設けられている。他方、被着磁物２０を保持する棒状の保持部材２２が、前記加熱部１０及び着磁部１２を貫通して軸方向に相対的に移動可能に設置される。この構成では、着磁部１２と加熱部１０が横並びとなっているので、大きな離間距離を設けずとも、自然対流などによって着磁部が加熱されることはない。被着磁物２０は加熱部１０で加熱され、次いで加熱部１０と着磁部１２とが密着し、加熱された被着磁物２０が水平左手方向に移動して着磁部１２で着磁される。なお、被着磁物の水平方向の駆動機構や制御部などは、図示するのを省略している。

図６は、本発明に係る着磁装置の更に他の実施例を示す縦断面図である。この着磁装置も、筒型構造をなし内周面が加熱面となる加熱部１０と、筒型構造をなし内周面が着磁面となる着磁部１２を具備し、それらが別体であって軸方向に配設されている。この例は、着磁部１２が下方に位置し、加熱部１０が上方に位置するように縦に配列され、軸の方向が垂直となる竪配置形式である。加熱部１０と着磁部１２とは、相対的に接近・離間自在に支持されている。着磁部１２の外周側には、冷却部１６が設けられている。他方、被着磁物２０を保持する棒状の保持部材２２が、前記加熱部及び着磁部を貫通して軸方向に相対的に移動可能に設置される。この構成では、着磁部が加熱部の下方に位置しているので、自然対流などにより着磁部が加熱されることはない。そのため、この構成の場合も、大きな離間距離を設ける必要はなく、着磁部と加熱部とを接近して配置できるので、装置の小型化が可能となる。
被着磁物２０は加熱部１０で加熱され、次いで加熱部１０と着磁部１２とが密着し、加熱された被着磁物２０が降下して着磁部１２で着磁される。

なお、加熱には、実施例に示すような抵抗加熱の他、例えば高周波加熱、レーザ加熱、高温ガスフロー加熱、高温液中加熱など任意の手段を用いてよい。冷却は、自然放冷でもよいし、水冷、空冷などの強制放冷で行ってもよい。不活性雰囲気中での作業が必要な場合には、不活性ガスフローを行うこともできる。また、着磁部における着磁方式や具体的構造などについては、被着磁物である永久磁石の径寸法や材質、着磁極数などに応じて適宜変更してよい。

本発明に係る着磁装置の一実施例を示す説明図。 着磁部の内部構造の一例を示す水平断面図。 この着磁装置の動作説明図。 リング状永久磁石への多極着磁状態を示す説明図。 本発明に係る着磁装置の他の実施例を示す縦断面図。 本発明に係る着磁装置の更に他の実施例を示す縦断面図。

符号の説明

１０ 加熱部
１２ 着磁部
１４ 断熱部材
１６ 冷却部
２０ 被着磁物
２２ 保持部材
２４，２６ 上下駆動機構
２８ 制御部

Claims (5)

1. 加熱部と着磁部を別体構造として軸方向に配設すると共に前記加熱部と着磁部とを相対的に接近・離間自在に支持し、且つ被着磁物の保持部材を前記加熱部及び着磁部に対して相対的に移動可能とし、着磁部と離間している加熱部で被着磁物が加熱され、該被着磁物が加熱されたままの状態で着磁部と加熱部を接近させ、次いで被着磁物が着磁部に移されて着磁され、着磁部と加熱部とが離間するようにしたことを特徴とする永久磁石の着磁装置。
2. 筒型構造をなし内周面が加熱面となる加熱部と筒型構造をなし内周面が着磁面となる着磁部とを軸方向に配設すると共に前記加熱部と着磁部とを相対的に接近・離間自在に支持し、且つ被着磁物を保持する棒状の保持部材が前記加熱部及び着磁部を貫通して軸方向に相対的に移動可能に設置し、着磁部と離間している加熱部で被着磁物が加熱され、該被着磁物が加熱されたままの状態で着磁部と加熱部を接近させ、次いで被着磁物が着磁部に移されて着磁され、着磁部と加熱部が離間するようにしたことを特徴とする永久磁石の着磁装置。
3. 着磁部は、非磁性ブロックの中央に被着磁物を挿入・抜出可能な円形の被着磁物収容穴を設けると共に、該被着磁物収容穴の内壁面から放射状に延びる多数本の溝を等角度で設け、各溝に被着磁物よりもキュリー点が高い着磁用永久磁石をそれぞれ埋設した構造である請求項２記載の永久磁石の着磁装置。
4. 着磁部と加熱部が縦に配列され、軸の方向が垂直となる竪配置形式である請求項２又は３記載の永久磁石の着磁装置。
5. 加熱部と着磁部が横に並べられ、軸の方向が水平となる横配置形式である請求項２又は３記載の永久磁石の着磁装置。
   

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