JP2006294934A - 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行えるようにする。
【解決手段】 加熱部１０と着磁部１２を一体構造として軸方向の同一位置に設置し、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、加熱部で加熱された被着磁物が着磁部で着磁されるように構成する。筒型構造をなす加熱部の内側に、筒型構造をなし内周面が着磁面となる着磁部を同軸状に配設し、被着磁物を保持する棒状の保持部材が着磁部を貫通して軸方向に相対的に移動可能に設置するのが好ましい。着磁部に冷却ガスを送気制御可能なスポット冷却部１６を付設するのがよい。
【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号公報 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行える簡素な且つ小型の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、加熱部と着磁部を一体構造として軸方向の同一位置に設置し、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、加熱部で加熱された被着磁物が着磁部で着磁され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。本発明では、加熱部と着磁部を固定し、それら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、筒型構造をなす加熱部の内周側に、筒型構造をなし内周面が着磁面となる着磁部を同軸状に配設し、被着磁物を保持する棒状の保持部材が前記着磁部を貫通して軸方向に相対的に移動可能に設置し、加熱部で加熱された被着磁物が着磁部で着磁され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、前記非磁性ブロックが加熱部の伝熱部材を兼ねるようにした構造がある。着磁部に冷却ガスを送気制御可能なスポット冷却部を付設し、必要なタイミングで被着磁物を強制冷却可能とするのが好ましい。

本発明は、着磁部と加熱部の軸方向が垂直となる配置形式であってもよいし、加熱部と着磁部の軸が水平となる配置形式でもよい。

本発明の着磁装置は、加熱部と着磁部を備え、それら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、次いでキュリー点未満の温度まで降温させつつ、その間、着磁部によって着磁磁界を印加し続ける作業を、容易に行うことができる。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、筒型構造をなす加熱部１０の内側に、筒型構造をなし内周面が着磁面となる着磁部１２を一体に組み込んだ構成である。つまり、加熱部１０と着磁部１２とは、軸方向（軸に沿った方向）の同一位置に同軸状に設置されている。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、加熱部１０と着磁部１２が固定され、保持部材２２が上下駆動機構２４で上下方向に駆動されて被着磁物２０が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、迅速に移動させ易いからである。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。更に、着磁部１２の着磁空間に冷却ガスを送気制御可能なスポット冷却部１６を付設する。スポット冷却部１６は、冷却ガス吹き出し用のノズル１８を有し、該ノズル１８から吹き出す冷却ガスで着磁中の被着磁物２０をスポット冷却可能とするものである。従って、図示のものとは異なるが、ノズルは、先端部が保持部材を取り囲むようなほぼ円環形状とするか、あるいは中心軸に関して対称となるように複数個、保持部材を取り囲むように配設するのが好ましい。加熱部１０の温度、スポット冷却部１６及び上下駆動機構２４の動作（例えば、冷却ガスの吹き出し時間やタイミング、被着磁物の位置や停止時間など）は、制御部２６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。なお、非磁性ブロック３０は加熱部１０の伝熱部材を兼ねており、該非磁性ブロック３０の外側は加熱部１０で取り囲まれている。

加熱部１０は、図示していないが、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１０で発生した熱は、非磁性ブロック３０により内側へと伝わる。この加熱部１０は、被着磁物収容穴（着磁空間）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。保持部材２２が上下動することで、被着磁物２０を被着磁物収容穴４４内に移動させたり、被着磁物収容穴４４から取り出すことができる。

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、被着磁物を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は加熱状態を示しており、Ｂは着磁状態を示している。Ａに示すように、被着磁物２０を被着磁物収容穴（着磁空間）４４内に置いて、加熱部１０により被着磁物２０のキュリー点Ｔｃ以上に加熱する。例えば、被着磁物２０がＮｄＦｅＢ等方性磁石（キュリー点：約３５０℃）の場合、加熱部１０によって被着磁物２０を３８０℃程度まで加熱する。この状態では、被着磁物２０を被着磁物収容穴（着磁空間）４４内に位置しているので、被着磁物２０には着磁用永久磁石３６により所定の着磁磁界が印加される。次に、Ｂに示すように、ノズル１８から冷却ガスを被着磁物収容穴（着磁空間）４４内に供給する。すると、被着磁物２０は、所定の着磁磁界が印加され続け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。その後、被着磁物２０を被着磁物収容穴（着磁空間）４４から取り出す。

以上の操作によって、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。

なお、スポット冷却は、通常、空気を供給することで行うが、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。スポット冷却部を付設することなく、加熱部の温度調整のみで被着磁物の温度制御を行うことも可能であるが、迅速に冷却を行い、効率よく着磁作業を行うためには、スポット冷却部を付設することが望ましい。あるいは、伝熱部材である非磁性ブロックに、冷却した熱伝導性の良好な部材を当接して熱を奪い取る構成なども可能である。加熱部は抵抗加熱方式の他、任意の加熱方式を採用してよい。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。

符号の説明

１０ 加熱部
１２ 着磁部
１６ スポット冷却部
１８ ノズル
２０ 被着磁物
２２ 保持部材

Claims (4)

1. 加熱部と着磁部を一体構造として軸方向の同一位置に設置し、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、加熱部で加熱された被着磁物が着磁部で着磁されるようにしたことを特徴とする永久磁石の着磁装置。
2. 筒型構造をなす加熱部の内側に、筒型構造をなし内周面が着磁面となる着磁部を同軸状に配設し、被着磁物を保持する棒状の保持部材が前記着磁部を貫通して軸方向に相対的に移動可能に設置し、加熱部で加熱された被着磁物が着磁部で着磁され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り、前記非磁性ブロックが加熱部の伝熱部材を兼ねている請求項２記載の永久磁石の着磁装置。
4. 着磁部に冷却ガスを送気制御可能なスポット冷却部が付設されている請求項１乃至３のいずれかに記載の永久磁石の着磁装置。
   

Images