JP2011029215A - 筒状ボンド磁石及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強度及び磁力を向上させたボンド磁石を提供する。
【解決手段】磁性粉末と樹脂からなる筒状のボンド磁石であって、筒状ボンド磁石は、単一の成形体であり、かつ、軸方向にＮ極とＳ極が少なくとも４極以上、交互に多極磁化されており、筒状ボンド磁石の内径が外径の１０％〜６５％の範囲にある。これにより、パイプに挿入することなく磁石の強度を向上させた磁石が得られ、またそのような磁石により磁力を向上させたものを容易に製造できる。
【選択図】図７

Description

本発明は、軸方向にＮ極とＳ極とが交互に多極磁化された筒状ボンド磁石に関する。

近年、同種の磁極が対向するように複数の永久磁石を配置させた円柱状磁石や円筒状磁石は、様々な分野で使用されている。例えば、特許文献１に開示される磁石は、食品から鉄粉等を除去するための異物除去装置、又はリニアモータの固定子や可動子等に用いられている。このような円柱状、円筒状磁石は、外周面において軸方向に放射状にＮ極とＳ極とを交互に形成させている。これらから発生する磁力線は、例えばＮ極の場合、Ｎ極から軸方向に対して直交する方向に放射状に伸び、Ｎ極と隣接するＳ極へと大きな弧を描く。結果的に、円柱状、円筒状磁石の外周面に多くの磁場を効果的に形成できる。これにより、異物除去装置の場合には異物の捕集能力を高くすることができ、リニアモータや振動モータの場合には強い推進力を得ることが可能となる。以降、このような磁石を円柱状又は円筒状の交互多極磁石と呼ぶ。

特開２００３−３０３７１４号公報

上述のような交互多極磁石を得る場合、接着剤等を使用しながら、アキシャル方向に着磁された、円柱状及び円筒状の磁石ピースを同極が対向するように接着する必要があった。これらの方法では、磁石を組み立てる際に、同種の磁極同士を対向させなければならず、大きな反発力を受けるため非常に危険で作業性が悪く、また接着剤が固化するまでの間は冶具で磁石を固定する必要があり、生産性が低いという問題があった。その上、接着剤を用いた場合、用いる接着剤の量や、塗布のされ方等によって、接着面の寸法がばらつくという問題も生じていた。このような問題は、磁極数の多い交互多極磁石を作製する程接着箇所が増えるため、一層深刻なものとなる。このように、最終的な円柱状及び円筒状の交互多極磁石を製造する際、その全長を所望の寸法にすることが非常に困難であるという問題があった。

また、従来の円柱状磁石及び円筒状磁石のピースを一つずつ接着剤等を使って組上げて得られた交互多極磁石は、例えばリニアモータの固定子、異物除去装置等の用途に用いる際に、それ自体に強度を付与するため、ステンレスのような非磁性のパイプに挿入して使用される。しかしながら、非磁性のパイプに挿入してしまうと、交互多極磁石の主たる特徴である、利用可能な側面磁力が、パイプの厚みにつれて低下するという問題があった。また、一体ものの成形体として得られる交互多極磁石は、元来一体ものであることからパイプに挿入せずに使用することも可能ではあるものの、異物除去装置やリニアモータ等の本体装置に組み込む場合は、そのままでは強度が不十分となる問題もあった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、パイプに挿入することなく磁石の強度を向上させた磁石及びその製造方法を提供することにある。

以上の目的を達成するために、本発明の第一の側面に係る筒状ボンド磁石は、磁性粉末と樹脂で形成され、内部に空洞の貫通孔が開口された筒状のボンド磁石であって、前記筒状ボンド磁石は、一体に成形された成形体であり、貫通孔の軸方向に、Ｎ極とＳ極が少なくとも４極以上、交互に多極磁化されており、前記筒状ボンド磁石の内径の大きさを、外径の大きさの１０％〜６５％の範囲とすることができる。これにより、複数のピースを接合して構成されたボンド磁石と異なり、一体的に成形されたボンド磁石を得ることができ、また十分な磁力と強度とを備えさせることができる。

また第二の側面に係る筒状ボンド磁石は、さらに前記貫通孔に挿入された、内径とほぼ同じ外径を有する芯がねを備えることができる。これにより、筒状ボンド磁石をパイプ等に挿入せずとも、貫通孔に芯がねを通すことで十分な強度を備えることができる。

さらに第三の側面に係る筒状ボンド磁石は、筒状ボンド磁石を構成する前記磁性粉末を、異方性の希土類系合金粉末とすることができる。

さらにまた第四の側面に係る筒状ボンド磁石の製造方法は、磁性粉末と樹脂を混練し、コンパウンドを得る工程と、前記コンパウンドを、配向磁場を印加した環境下で筒状ボンド磁石に成形する工程とを含む筒状ボンド磁石の製造方法であって、前記配向磁場は、同種の磁極同士が対向するように複数の永久磁石を接合させた配向用磁石により形成され、前記配向用磁石を、前記筒状ボンド磁石を囲むように配置できる。これにより、複数のピースを接合して構成されたボンド磁石と異なり、一体的に成形されたボンド磁石を得ることができ、また十分な磁力と強度とを備えさせることができる。

本発明によれば、パイプに挿入することなく磁石の強度を向上させた磁石を得ることができ、またそのような磁石により磁力を向上させたものを容易に製造することができる。

磁石成形用の金型を示す模式断面図である。 図１における磁石を配向させるための配向用磁石を示す斜視図である。 センターピンを配置した磁石成形用の金型を示す模式断面図である。 筒状ボンド磁石の斜視図である。 図４の筒状ボンド磁石に芯がねを挿入した状態を示す斜視図である。 図３の金型において配向用の永久磁石で発生する磁力線を示す模式断面図である。 ボンド磁石の側面最大表面磁束密度を示すグラフである。 着磁処理に使用する着磁コイルを示す斜視図である。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための筒状ボンド磁石及びその製造方法を例示するものであって、本発明は筒状ボンド磁石及びその製造方法を以下に限定するものではない。

また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

図１に、筒状ボンド磁石を製造するための金型の模式的な断面図を、また図２に、図１の金型に配置された配向用の永久磁石の模式的な斜視図を、それぞれ示す。なお、図２では、説明の簡素化のため、図１で示したエジェクタピンや金型の隔壁は図示していない。

円筒状ボンド磁石の製造方法は、従来のように磁石ピースを一つずつ組上げていく方法でなく、一度の成形で単一の成形体、しかも軸方向にＮ極とＳ極とを交互に発生させる製造方法である。この製造方法によれば、図１の金型内部断面図に示すように、異方性の磁性粉末と樹脂からなるコンパウンドを、配向用の永久磁石に囲まれたキャビティの内部で成形することで、コンパウンド中の磁性粉末は配向し、長手方向にＮ極とＳ極が交互に発生する筒状の交互多極磁石が得られる。配向用の永久磁石は、金型の内部で同種の磁極が対向するように配置されているので、キャビティの内部には、異方性磁性粉末を十分に配向させるだけの磁場が発生している。これらの磁石は、磁気特性に優れた上、一度の成形で単一の交互多極磁石を作製できるので、生産性及び寸法性に非常に優れる。

以下、筒状ボンド磁石の製造方法について詳細に説明する。図１において、ゲート１０６から射出された、溶融コンパウンド中の異方性磁性粉末は、キャビティ１０５の内部に充填され、円柱状に成形される。なお、金型成形されるボンド磁石の外形は円柱状に限定されず、断面が円形の他、楕円、三角、四角その他の多角形等の形状とすることもできる。

なお、成形方法は特に限定されるものではなく、例えば押出成形、圧縮成形又は射出成形を適用することができる。生産性、配向設備の設置の容易性から、特に射出成形によって成形することが好ましい。

さらに溶融コンパウンドが、金型内部で固化するまでの間に、配向用の永久磁石によって磁化容易軸が揃えられる。成形されたボンド磁石は、金型内で十分に固化した後、エジェクタピン１０３によって突き出される。

ここで配向用の永久磁石１０１、１０２は、例えば図２に示すように断面コの字型の小磁石１０１ａ（１０２ａ）、小磁石１０１ｂ（１０２ｂ）の同種の磁極が対向するように配置している。さらに、配向用の永久磁石１０１、１０２は、キャビティ１０５を形成するように、コの字形状を向かい合わせに配置されている。このような配置の配向用の永久磁石１０１、１０２によって、金型のキャビティ１０５内部に得られる磁力線の様子を図６に示す。例えばＮ極同士の対向面の場合、その対向面で磁力線が反発して強力な磁界が発生され、キャビティ内部へ向かう。その後、磁力線は隣接するＳ極同士が対向する面へと続く。この磁力線に沿って、コンパウンド中の異方性磁性粉末が配向することによって、成形品の側面に磁力の強い放射状の磁極が出現する。ところで、この磁力線は、主にキャビティの外周に近いほど強く、中心に近いほど弱くなる。つまり、高い磁力が得られるのは、成形された磁石の外側の側面の部分である。

ここで、配向用の永久磁石に用いる材料は、残留磁束密度Ｂｒが１Ｔ以上のものが好ましく、例えばＮｄＦｅＢ焼結磁石を用いることができる。磁力の大きい磁石を使うと、キャビティの内部に発生する磁力が強くなり、ボンド磁石の磁力も強くなる。

射出成形で得られる交互多極磁石は、金型内で配向磁化されているのでそのまま使用することもできるが、成形後に着磁工程を行っても良い。着磁を行うことで、ボンド磁石の磁力をより強力なものとすることができる。

一方、溶融コンパウンド中の磁性粉末としては、異方性、又は等方性の磁性粉末が適用可能である。例えば、異方性磁性粉末としては、フェライト系、ＳｍＣｏ系、ＮｄＦｅＢ系、ＳｍＦｅＮ系が挙げられる。磁力を考慮すると、特に、異方性の希土類系磁性粉末が好ましい。成形性を考慮すれば、ＳｍＦｅＮ系がより好ましい。さらに等方性磁性粉末としては、ＳｍＣｏ系、ＮｄＦｅＢ系等が挙げられる。磁力の強いボンド磁石を作製する必要がある場合には、異方性の希土類系磁性粉末を用いることが好ましい。これは、異方性磁性粉末は、配向の際に印加される磁場によって、磁化方向が非常に揃い易く、結果的にボンド磁石の磁力が強くなるためである。上記の磁性粉末は、一種単独でも、あるいは二種以上の混合物としても使用できる。また必要に応じて耐酸化処理やカップリング処理を施しても良い。

またコンパウンドを構成する樹脂としては、特に制限はなく、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂や、エステル系、ポリアミド系等の熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができる。また、これらを適宜混合して使用することもできる。

さらに磁性粉末の配合比率は、樹脂の種類にもよるが、ボンド磁石全体に対する磁性粉末の割合が４５〜７５体積％とすることが好ましい。また、酸化防止剤、滑剤等をさらに混合することもできる。

以上のような配向用磁石及び原材料を利用することで、例えば図１に示す金型によって、柱状のボンド磁石が成形される。

さらに図１に示される金型の内部に、図３に示すようにセンターピン１１１を配置することで、柱状のボンド磁石でなく、ボンド磁石の軸方向に貫通孔が形成された筒状のボンド磁石が作製できる。ここでセンターピン１１１は、溶融コンパウンドを筒状に成形するために金型に配置させる部材である。また図３に示す金型の断面図において、金型に配置された配向用の永久磁石は、図２に示したたものと同じである。図３において、ゲート１０６から射出された、溶融コンパウンド中の異方性磁性粉末は、キャビティ１０５の内部に充填され、筒状に成形される。なお、ここでは円筒状のボンド磁石の成形品について説明するが、本発明は円筒状のボンド磁石に限定されることなく、筒状の他の形状、例えば断面が円形の他、楕円、三角、四角その他の多角形等の形状とすることもできる。

図３の金型で製造された円筒状のボンド磁石の模式的な斜視図を、図４に示す。この図に示すように、円筒状のボンド磁石は、その側面にＮ極及びＳ極が交互に発生された交互多極磁石となっている。さらに図５に示すように、その中心軸方向に形成された空洞部に芯がねを挿入することで、芯がね入りの交互多極円筒状のボンド磁石が得られる。この芯がねは、筒状ボンド磁石の強度を向上させるためのものであり、その目的が達成されれば特に限定されることはなく、非磁性材料であっても、磁性材料であってもよい。例えば鉄あるいは鉄の合金等の金属材料が好ましい。また、鉄以外の芯がねの材料として、タングステンカーバイドをコバルトのようなバインダーで焼結させた超硬合金を利用することもできる。さらに、金属材料以外の芯がねの材料として、セラミックスを利用してもよい。

芯がね入りの筒状ボンド磁石は、その中心軸方向に芯がねを貫通させているので、十分な強度を有する。しかも、従来のようにボンド磁石の外周面がパイプに覆われていないので、パイプに挿入したものと比べて、磁気特性の優れた交互多極磁石を得ることができる。

以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
［実施例］
１．コンパウンドの準備

異方性ＳｍＦｅＮ磁性粉末をエチルシリケート及びシラン系のカップリング剤で表面処理をする。表面処理を施したＳｍＦｅＮ磁性粉末９１３７ｇと１２ナイロン８６３ｇをミキサーで混合する。得られた混合粉を、混練機を用いて２２０℃で混練し、ストランド状のコンパウンドを押出し、冷却後、適当なサイズに切断してコンパウンドを得る。
２．円筒状及び円柱状の交互多極ボンド磁石の作製

上記で作製したコンパウンドを原料とし、射出成形機で、円筒状及び円柱状の交互多極ボンド磁石を作製する。各実施例で使用した金型は、図３に示されるように、内部に配向用の永久磁石の配置しており、それぞれ表１に示した通りである。キャビティは、直径５ｍｍ、高さ３０ｍｍとする。実施例１乃至３と比較例１では、図３に示される金型を使用しており、キャビティの軸中心部にセンターピン１１１が配置され、中心軸方向に貫通孔が設けられた円筒状のボンド磁石を得ることができる。ここでは、センターピン１１１の径を変更することで、円筒状のボンド磁石の内径の異なるもの（１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ）を得る。なお比較例２乃至３として、図１の金型を使用して、中心軸方向に貫通孔が設けられていない円柱状のボンド磁石を得た。
３．着磁処理

図８に示す着磁コイルを用いて、上記で得た、円筒状及び円柱状のボンド磁石を着磁処理する。本実施例における着磁の条件は、静電容量が５００μＦ、充電電圧が１５００Ｖのパルス着磁である。本実施例における着磁コイルは、図８に示されるように、非磁性のボビン１０９の側面に被覆銅線１１０を巻回した後、一定の間隔をおいて、先に巻回した被覆銅線とは逆方向に巻回して形成させたものである。
４．評価

表１に示すように、実施例１乃至３及び比較例１は、芯がね（材質：非磁性鋼ＨＰＭ７５）を挿入し、比較例３は内径が５ｍｍ、肉厚０．２ｍｍ、長さが３０ｍｍのＳＵＳ３０４製パイプに挿入する。比較例２は、パイプに挿入させず、裸の磁石のままで評価する。各実施例及び比較例で得られた全てのボンド磁石に対して、側面の長手方向の表面磁束密度分布を測定し、このときの最大の表面磁束密度値を表１に示す。更に円筒状ボンド磁石の外径に対する内径の百分率を横軸に、側面の最大表面磁束密度を縦軸にしたグラフを、図７に示す。このグラフによれば、円筒状ボンド磁石の内径が外径の６５％以下の範囲で、優れた磁気特性が得られていることが判る。一方で比較例１のように、芯がねを挿入するための内径が外径の６５％よりも大きくなると、急激な表面磁束密度の低下が見られる。

また全ての製品に対して、曲げ強度試験を行う。１００ＭＰａの応力下で作製したボンド磁石の強度を、ボンド磁石の割れ及び欠けの有無で比較し、その結果を表１に示した。表１において、割れ欠けの発生した製品には×、割れ欠けの発生しなかった製品には○を示している。この表から明らかなとおり、実施例１乃至３及び比較例１、比較例３では、中心に芯がねを挿入、又はボンド磁石をパイプに挿入しているので、比較例２と比べて優れた強度を有す。

以上の結果から、内径が外径の６５％以内の範囲の穴を有する円筒状のボンド磁石の中心に、芯がねを挿入することで、従来にない優れた磁気特性の円筒状の交互多極ボンド磁石を実現できることが明らかとなった。また内径が外径の１０％以上６５％以下の範囲の穴を有する円筒状のボンド磁石とすることで、十分な強度及び優れた磁気特性を得ることができた。さらに、優れた磁気特性が得られる点で、内径が外径の１０％以上５０％以下の範囲の穴を有する円筒状のボンド磁石とすることが好ましい。

また上記の例では、キャビティの軸中心部にセンターピンを配置し、ボンド磁石を得た後、芯がねを挿入する構成を例示した。ただ本発明はこの構成に限らず、例えば金型成型時にセンターピンを使用せず、芯がね自体をキャビティの軸中心に配置して、ボンド磁石の中心に芯がねを固定した状態に成形することも可能であることは言うまでもない。

本発明の筒状ボンド磁石は、異物除去装置やリニアモータ用の永久磁石材料として利用することができる。

１０１、１０１ａ、１０１ｂ、１０２、１０２ａ、１０２ｂ…配向用磁石
１０３…イジェクタピン
１０４…成形用金型
１０５…キャビティ
１０６…ゲート
１０７…筒状磁石
１０８…芯がね
１０９…ボビン
１１０…被覆銅線
１１１…センターピン

Claims (4)

1. 磁性粉末と樹脂で形成され、内部に空洞の貫通孔が開口された筒状のボンド磁石であって、
   前記筒状ボンド磁石は、一体に成形された成形体であり、
   貫通孔の軸方向に、Ｎ極とＳ極が少なくとも４極以上、交互に多極磁化されており、
   前記筒状ボンド磁石の内径の大きさが、外径の大きさの１０％〜６５％の範囲にあることを特徴とする筒状ボンド磁石。
2. 請求項１に記載の筒状ボンド磁石であって、さらに、
   前記貫通孔に挿入された、内径とほぼ同じ外径を有する芯がねを備えることを特徴とする請求項１に記載の筒状ボンド磁石。
3. 請求項２に記載の筒状ボンド磁石であって、
   筒状ボンド磁石を構成する前記磁性粉末は、異方性の希土類系合金粉末であることを特徴とする筒状ボンド磁石。
4. 磁性粉末と樹脂を混練し、コンパウンドを得る工程と、
   前記コンパウンドを、配向磁場を印加した環境下で筒状ボンド磁石に成形する工程と、
   を含む筒状ボンド磁石の製造方法であって、
   前記配向磁場は、同種の磁極同士が対向するように複数の永久磁石を接合させた配向用磁石により形成され、
   前記配向用磁石は、前記筒状ボンド磁石を囲むように配置されてなることを特徴とする筒状ボンド磁石の製造方法。

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