JP2013172585A - シャフト型リニアモータ可動子、永久磁石、リニアモータ、磁場中成形装置、シャフト型リニアモータ可動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加を抑制し、高効率化・小径化・生産性向上が可能となるシャフト型リニアモータの可動子を提供することを目的とする。
【解決手段】シャフト１と、シャフト１の外周に固定されるリング状の永久磁石２ａとを有するシャフト型リニアモータ可動子１０において、リング状の永久磁石２ａをシャフト１の外周に固定し、着磁磁場発生コイルにより着磁磁場を発生させて、リング状の永久磁石２ａを軸方向に沿って複数箇所において極異方に着磁させることにより作成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、シャフト型リニアモータ可動子、上記可動子に使用する永久磁石、上記可動子を取り付けたリニアモータ、上記可動子を製造するための磁場中成形装置、及びシャフト型リニアモータ可動子の製造方法に関するものである。

従来のシャフト型リニアモータでは、永久磁石側を固定子、コイル側を可動子にしており、可動子の動力線が引きずられて断線トラブルが生じていた。そこで、コイル側を固定子、永久磁石側を可動子としたシャフト型リニアモータが開発されている。
永久磁石側を可動子としたリニアモータとして、シャフトと、軸方向に着磁された円柱状の永久磁石と円柱状の軟磁性材を交互に配列したものと、外周側からシャフトと永久磁石および軟磁性材とを固定する構造のものがあった（例えば、下記の特許文献１）。
この構成では、可動子を組み立てた後に永久磁石を着磁することが困難であり、着磁済みの永久磁石を用いて、可動子を組立てる必要がある。その場合、永久磁石同士や軟磁性材との反発および吸引に加えて、永久磁石の着磁方向の管理が必要であることから、組立作業性が悪く生産性が低下する。また、円柱状の永久磁石および円柱状の軟磁性材を複数用いるため、可動子の同軸度および真直度が悪化しやすく、組立精度が低下する。

従来の特許文献２では、ラジアル方向に着磁したリング状の永久磁石および永久磁石を固定するリングヨークを用いることで、組立精度の向上を図っている。また、可動子組立前に永久磁石をリングヨークに固定した状態で永久磁石を着磁することで、可動子組立時の永久磁石同士の反発を軽減し、作業性が向上する。

また、従来の特許文献３では、４種類の円筒状磁石（径方向外向きに着磁された磁石、第１軸方向に着磁された磁石、径方向内向きに着磁された磁石、第２軸方向に着磁された磁石）を円筒状のインナーヨークの外周面に交互に接着した可動子を、第１ユニットと第２ユニットを交互に配列した電機子に貫通させてアクチュエータとしたものが示されており、可動子の組立精度の向上を図っている。また、径方向に着磁したリング状の永久磁石と、軸方向に着磁したリング状の永久磁石を交互に配列することで、可動子の推力が向上する。

特開２００８−７９３５８号公報 特開２００４−１８７４５５号公報 特開２０１０−５７３３８号公報

上記の特許文献２では、更に生産性を向上させるために、可動子組立後に永久磁石を着磁しようとする場合、着磁する極性の異なる永久磁石が隣接しているため、永久磁石の着磁が困難である。さらにリングヨークは可動子の磁極の分必要となるため、部品点数が増える。また、径方向に配向された永久磁石のみで構成されているため、可動子の推力が十分に出ないということが懸念される。

上記の特許文献３では、径方向に着磁したリング状の永久磁石と、軸方向に着磁したリング状の永久磁石が、それぞれ可動子の磁極の分必要となり、部品点数が増える。また、高効率化および小径化のため、さらなる可動子の推力の向上が求められる。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、部品点数の増加を抑制し、高効率化・小径化・生産性向上が可能となるシャフト型リニアモータ可動子を提供する。

また、上記可動子に使用する永久磁石、上記可動子を取り付けたリニアモータ、上記可動子を製造するための磁場中成形装置、及びシャフト型リニアモータ可動子の製造方法を提供する。

この発明に係るシャフト型リニアモータ可動子は、シャフトと、上記シャフトの外周に固定されるリング状の永久磁石とを有し、上記永久磁石は、軸方向に沿って複数箇所において極異方に着磁されていることを特徴とする。

この発明に係る永久磁石は、シャフト型リニアモータ可動子に使用される永久磁石であって、その軸方向に沿って複数箇所において極異方に配向されていることを特徴とする。

この発明に係るリニアモータは、シャフトと、上記シャフトの外周に固定されるリング状の永久磁石とを有し、上記永久磁石は、軸方向に沿って複数箇所において極異方に着磁されているシャフト型リニアモータ可動子と、上記シャフト型リニアモータ可動子に間隙を介して配置された固定子を備えたものである。

この発明に係る磁場中成形装置は、磁石合金の粉末が充填されるリング状のキャビティを有し、上記キャビティ内の上記磁石合金の粉末を上下から加圧する上下パンチを有する金型と、上記キャビティの外周に同軸に設置された複数個のリング状の磁場成形用電磁コイルとを備え、上記キャビティ内に充填された上記磁石合金の粉末を上記上下パンチにより加圧しながら、上記隣り合う磁場成形用電磁コイルに逆向きの電流を流して相互に逆向きの磁場を発生させて、軸方向に沿って複数箇所において極異方に配向されている永久磁石の成形体を成形するものである。

この発明に係るシャフト型リニアモータ可動子の製造方法は、シャフトと、上記シャフトの外周に固定されるリング状の永久磁石とを有するシャフト型リニアモータ可動子の製造方法において、上記リング状の永久磁石をシャフトに固定し、着磁磁場発生コイルにより着磁磁場を発生させて、上記永久磁石を軸方向に沿って複数箇所において極異方に着磁させる着磁工程を備えたものである。

この発明のシャフト型リニアモータ可動子及びリニアモータによれば、軸方向に沿って複数箇所において極異方配向された永久磁石を使用することで、従来では磁極の分だけ必要であった永久磁石を一体化でき、部品点数を削減できる。また、永久磁石から発生する磁場が大きくなるため、可動子の推力を向上させる効果を奏する。

この発明の永久磁石によれば、可動子組立後に永久磁石の着磁を行なう際に、発生する着磁磁場の向きと、可動子を組立てた状態での永久磁石の配向方向をほぼ一致させることが可能であり、可動子組立後の永久磁石の着磁が容易となる。したがって、可動子組立時の永久磁石同士や軟磁性材との反発・吸引の恐れがなく、さらに永久磁石の着磁方向の管理も不要となるため、作業性が改善される。

この発明に磁場中成形装置によれば、軸方向に沿って複数箇所において極異方に配向されている永久磁石の成形体を生産性良く成形することができる。

この発明のシャフト型リニアモータ可動子の製造方法によれば、部品点数の少ない高効率のシャフト型リニアモータ可動子を製造することができる。

本発明の実施の形態１によるシャフト型リニアモータ可動子を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１によるリング状の永久磁石の配向方向を示す断面図である。 径方向に配向されているリング状の永久磁石の断面図である。 軸方向に配向されているリング状の永久磁石の断面図である。 径方向に配向されているリング状の永久磁石の着磁磁場の向きを示す図である。 図５に示す向きで着磁磁場を発生させて着磁したときの永久磁石の着磁方向を示す図である。 軸方向に配向されているリング状の永久磁石の着磁磁場の向きを示す図である。 図７に示す向きで着磁磁場を発生させて着磁したときの永久磁石の着磁方向を示す図である。 本発明の実施に形態１による永久磁石の着磁磁場の向きを示す図である。 図９に示す向きで着磁磁場を発生させて着磁したときの永久磁石の着磁方向を示す図である。 本発明の実施に形態１による永久磁石を磁場中成形するための装置構成を示す図である。 本発明の実施に形態１による永久磁石の磁場中成形の状態を示す図である。 本発明の実施の形態１によるシャフト型リニアモータ可動子を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における永久磁石の着磁磁場発生用コイルの位置を示す図である。 本発明の実施に形態１における永久磁石の着磁磁場の向きを示す図である。 図１５に示す向きで着磁磁場を発生させて着磁したときの永久磁石の着磁方向を示す図である。 径方向に配向されたリング状の永久磁石を適用した可動子を組立後に着磁するときの着磁磁場の向きを示すである。 本発明の実施の形態１によるシャフト型リニアモータ可動子の他の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１によるシャフト型リニアモータ可動子の他の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１と参考技術によるシャフト型リニアモータ可動子の推力を比較したグラフである。 本発明の実施の形態２における永久磁石の着磁後の極性分布を示す図である。 本発明の実施の形態１における永久磁石の着磁後の極性分布を示す図である。 図２１および図２２で示した永久磁石の表面磁束量の周方向平均値を軸方向にプロットしたグラフである。 図２１で示す永久磁石の断面図である。 本発明の実施の形態２における永久磁石を磁場中成形するための装置構成を示す図である。 本発明の実施の形態２における永久磁石の磁場中成形の状態を示す図である。 本発明の実施の形態２によるシャフト型リニアモータ可動子を示す断面図である。 本発明の実施の形態２における永久磁石の着磁磁場発生用コイルの位置を示す図である。 本発明の実施の形態２における永久磁石の着磁磁場の向きを示す図である。 図２８に示す向きで着磁磁場を発生させて着磁したときの永久磁石の着磁方向を示す図である。 本発明の実施の形態４によるシャフト型リニアモータ可動子を示す斜視図である。 本発明の実施の形態４によるシャフト型リニアモータ可動子を示す断面図である。 本発明の実施の形態４によるシャフト型リニアモータ可動子を示す断面図である。 本発明の実施の形態４における永久磁石の着磁磁場の向きを示す図である。 軸方向に着磁された永久磁石を両端部に設置した場合と、径方向に着磁された永久磁石を両端部に設置した場合の可動子の推力を比較したグラフである。 本発明の実施の形態４の永久磁石の軸方向厚さＬｂに対する軸方向厚さＬａの比率と、可動子の推力の関係を示したグラフである。 本発明の実施の形態４と実施の形態１および参考技術によるシャフト型リニアモータ可動子の推力を比較したグラフである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるシャフト型リニアモータ可動子の斜視図である。図において、シャフト型リニアモータ可動子（以下、可動子と呼ぶ）１０は、シャフト１と、リング状の永久磁石２ａとを有する。
シャフト１は、軟磁性体であり、例えば鉄によって形成されている。図１ではシャフト１は丸棒形状をしているが、円筒形状としてもよい。シャフト１が円筒形状の場合は、丸棒形状の場合と比べて、直径が同じであれば当該シャフトの質量が小さくなるため、可動子の応答性が向上する。
リング状の永久磁石２ａは、例えばネオジム焼結磁石であるが、ネオジムボンド磁石、サムリウム系の焼結磁石又はボンド磁石、フェライト系の焼結磁石又はボンド磁石を用いてもよい。

図２は図１のリング状の永久磁石２ａの配向方向を示す断面図である。永久磁石２ａの配向方向は図２に記載されている両向きの矢印方向で示される。ここで、比較の対象として、図３に径方向に配向されているリング状の永久磁石の断面図を、図４に軸方向に配向されているリング状の永久磁石の断面図を示す。

図３に示すように、リング状の永久磁石が径方向に配向されている場合、回転軸を含んだ平面による断面図においては、いずれも配向方向は図３の両向きの矢印のように、径方向に平行となる。この永久磁石を図５に示す向きに着磁磁場（白抜き矢印が着磁磁場の向き）を発生させて着磁した場合、永久磁石の着磁方向および極性は図６に示すようになる。なお、着磁磁場は、配向方向を持つ（異方性がある）永久磁石の配向方向と同方向の成分以外は、その永久磁石の着磁に寄与しない。この永久磁石の構成を粒子サイズの永久磁石の連続集合体として捉え、着磁方向を示す矢印部分の構造イメージを示すと、図６の吹き出し内部のように一律で径方向を向いている。

図４に示すように、リング状の永久磁石が軸方向に配向されている場合、回転軸を含んだ平面による断面においては、いずれも配向方向は図４の両向きの矢印のように、配向方向は軸方向に平行となる。この永久磁石を図７に示す向きに着磁磁場（白抜き矢印が着磁磁場の向き）を発生させて着磁した場合、永久磁石の着磁方向および極性は図８に示すようになる。この永久磁石の構成を粒子サイズの永久磁石の連続集合体として捉え、着磁方向を示す矢印部分の構造イメージを示すと、図８の吹き出し内部のように一律で軸方向を向いている。

本実施の形態の永久磁石２ａの配向方向は、上記のような配向方向とは異なり、軸方向に対して極異方（円弧状）となる。図２の領域αの付近での配向方向は、可動子の径方向を向いており、図２の領域βの付近での配向方向は、可動子の軸方向を向いている。図２の領域γの付近での配向方向は、可動子の径方向と軸方向の間となる方向であり、領域α〜領域γ〜領域βの配向方向が全て連続となっている。
あらかじめ、リニアモータ可動子として必要となる磁極の分だけ極異方の配向がなされており、図２では３つの磁極の場合を示しているが、磁極の数はこれに制限されるものではない。この永久磁石を図９に示す向きに着磁した場合、永久磁石の着磁方向および極性は図１０に示すようになる。この永久磁石の構成を粒子サイズの永久磁石の連続集合体として捉え、着磁方向を示す矢印部分の構造イメージを示すと、図１０の吹き出し内部のように粒子が少しずつ向きを変えて曲線を形成している。

次に本発明の実施に形態１によるリング状の永久磁石２ａの製造工程の中の磁場中成形について説明する。ここでの永久磁石材料は、例えばＮｄ、Ｆｅ、Ｂ、Ｄｙを含むネオジム磁石合金の微粉末を原材料とする。
本実施の形態のリング状の焼結磁石を成形するための装置は、図１１のような構成である。図１１の装置は、磁石合金の微粉末１１を給粉・充填する金型２０と、金型２０に充填された状態の磁石合金の微粉末１１に磁場をかけて、永久磁石の配向方向を形成するための磁場成形用電磁コイル１２と、磁場成形用電磁コイル１２にて磁場を発生させた状態で、金型２０に充填されたネオジム合金の微粉末１１を加圧して圧縮成形するためのプレス（図示せず）を備える。
金型２０は、上パンチ１３、下パンチ１４、円柱状のコア１５、円筒状のダイス１６によって構成されており、いずれも非磁性である。また、上パンチ１３、下パンチ１４、コア１５、ダイス１６に囲われた空間をキャビティー１７とする。

図１１の装置により、本実施の形態のリング状の永久磁石２ａの製造工程を説明する。
まず、磁石合金の微粉末１１を金型２０に給粉し、金型２０のキャビティー１７に磁石合金の微粉末１１を充填する。
磁場成形用電磁コイル１２は、リング状のコイルであり、リング状の成形体と同軸となるように配置される。また、磁場成形用電磁コイル１２は必要となる磁極の数によって、配置数が異なり、例えば磁極の数が３つであれば、磁場成形用電磁コイル１２は４箇所配置される。
隣接する磁場成形用電磁コイル１２は、電流の流れる方向が互いに逆向きとなるように形成されており、電流を流した際に隣接する磁場成形用電磁コイル１２が発生する磁場の向きが逆向きになる。また、全ての磁場成形用電磁コイル１２は、直列に接続されており、磁場成形用電磁コイル１２に流れる電流値を均一にし、電流を流した際に磁場成形用電磁コイル１２の発生する磁場の大きさがコイル間でバラつかないようにしている。
図１１のように磁場成形用電磁コイル１２を配置した状態で、上記のような電流の向きおよびコイルの直列接続状態で磁場成形用電磁コイル１２に電流を流すと、図１２のような磁場が発生する。磁石合金の微粉末１１の各粒子は、磁場成形用電磁コイル１２によって発生する磁場の向きと同じ方向に、それぞれの磁化容易方向を揃えるように動いて、整列する。
磁場成形用電磁コイル１２にて磁場をかけた状態で、キャビティー１７に充填された磁石合金の微粉末１１に、プレス（図示せず）を用いて上パンチ１３および下パンチ１４により加圧して圧縮成形し、リング状の成形体を成形する。
圧縮成形した後のリング状の成形体を、真空焼結炉の中へ搬送し、所定の温度で焼結・熱処理をする。その後、必要に応じて仕上げ加工を施し、軸方向に対して極異方配向されたリング状の永久磁石２ａを得る。

次に、実施の形態１におけるシャフト型リニアモータ可動子の組立方法について説明する。
リング状の永久磁石２ａを接着剤等の固定部材でシャフト１に固定する。なお、リング状の永久磁石２ａのシャフト１への固定は、シャフト１に段付形状を設け、この段付形状部分に永久磁石２ａを固定してもよい。
図１３は本発明の実施の形態１によるシャフト型リニアモータ可動子の断面図である。例えば、図１３の永久磁石２ａの磁極の数は１０であり、そのときの永久磁石２ａの配向方向は図１３の矢印のようになる。なお、永久磁石の磁極の数は、これに制限されるものではない。
リング状の永久磁石２ａを接着剤等の固定部材でシャフト１に固定した状態で、着磁磁場発生用コイル２１を図１４に示すように配置する。そして、隣接する着磁磁場発生用コイル２１同士は、電流の向きがそれぞれ異なるように通電する。そのため、着磁磁場発生用コイル２１により発生する着磁磁場は、図１５に示すようにリング状の永久磁石２ａの配向方向とほぼ一致するため、可動子組立後の永久磁石の着磁が容易となる。着磁後の永久磁石２ａの着磁方向は、図１６の矢印が示す向きとなる。

従来のシャフト型リニアモータ可動子においては、可動子組立後の永久磁石の着磁が困難であるため、可動子組立前に永久磁石を着磁した上で、組立を行なう必要があった。例えば、径方向に配向されたリング状の永久磁石を組み付けた可動子の場合では、可動子組立後に着磁するときに、図１７に示すように着磁磁場の向きが配向方向と大きく異なる箇所があるために、ほとんど着磁できない領域δが存在する。
一方、可動子組立前に永久磁石を着磁した上で、可動子の組立を行なう場合は、前述のように、可動子組立時の永久磁石同士や軟磁性材との反発・吸引による作業性の悪化や、永久磁石の着磁方向の管理が必要となっており、生産性が低下していた。

本実施の形態では、可動子組立後の永久磁石の着磁が可能であるため、可動子組立時の永久磁石同士や軟磁性材との反発・吸引の恐れがなく、さらに永久磁石の着磁方向の管理も不要となるため、生産性が向上する。
また、図１３に示すように永久磁石２ａは、必要となる磁極の数だけ軸方向に対して極異方配向しておくことにより、可動子が複数の磁極を備える場合でも、単体の永久磁石で構成可能になるため、部品点数を削減することができ、コストの削減および生産性の向上が可能になる。

リング状の永久磁石２ａが長軸となる場合は、図１８のように、永久磁石２ａよりも軸長が短く、軸方向に対して極異方配向されたリング状の永久磁石２ｂを、永久磁石２ａの軸長相当分だけ複数配列することで代替してもよい。
さらに図１９のように、軸方向に対して極異方配向された永久磁石の軸方向両端部分である領域εの配向方向が、軸方向を向いているリング状の永久磁石２ｃでもよい。

図２０は実施の形態１と参考技術の可動子を用いた場合で推力がどの程度異なるかを比較したグラフである。参考技術１として、径方向に配向および着磁されたリング状の永久磁石のみを用いた可動子を、参考技術２として、径方向に配向および着磁されたリング状の永久磁石と、軸方向に配向および着磁されたリング状の永久磁石を交互に設けた可動子を、比較の対象とした。なお、実施の形態１並びに参考技術１及び２において、可動子の寸法、永久磁石の材料、磁極の数はそれぞれ等しいものとした。
実施の形態１では、永久磁石が発生する磁場が大きくなるため、図２０に示すように、径方向に配向および着磁されたリング状の永久磁石と、軸方向に配向および着磁されたリング状の永久磁石を交互に配列した可動子以上の推力が得られることがわかる。

実施の形態２．
本実施の形態は、リング状の永久磁石において、着磁後の極性分布がスキュー分布となっている。

図２１は、着磁後の極性分布がスキュー分布となっている永久磁石表面の極性分布を示す。図２１中の点線は、永久磁石の極性の境界線となり、周方向に斜めに傾いている。なお、実施の形態１のように極性分布がスキュー分布でない場合では、着磁後の永久磁石表面の極性分布は図２２のようになる。図２１および図２２で示した永久磁石の表面磁束量の周方向平均値を、軸方向（０からＬまで）にプロットしたグラフを図２３に示す。なお、図２３においてＮ極の値を正としている。永久磁石にスキュー分布を設けることにより、永久磁石の表面磁束量の周方向平均値の、軸方向に対する変化の勾配が小さくなり、コギングトルクを低減することができる。
本実施の形態の永久磁石の配向方向は、軸方向に対して極異方に配向されているが、周方向にスキュー分布が設けてある。図２４は、図２１で示す永久磁石の断面図である。図２１でわかるようにスキュー分布が設けてある場合では、図２４のＡ‐Ａ断面とＢ‐Ｂ断面では、永久磁石の配向状態が異なる。なお、スキュー分布を設けていない場合では、実施の形態１で示した図２のようにＡ‐Ａ断面とＢ‐Ｂ断面で永久磁石の配向状態が同じとなる。

次に、本発明の実施の形態２による永久磁石２ｄの製造工程の中の磁場中成形について説明する。永久磁石材料は、実施の形態１と同様に例えばＮｄ、Ｆｅ、Ｂ、Ｄｙを含むネオジム磁石合金の微粉末を原材料とする。
本実施の形態のリング状の焼結磁石を成形するための装置は、図２５のような構成である。図２５の装置は、磁石合金の微粉末１１を給粉・充填する金型２０と、金型２０に充填された状態の磁石合金の微粉末１１に磁場をかけて、永久磁石の配向方向を形成するための磁場成形用電磁コイル１２ａと、磁場成形用電磁コイル１２ａにて磁場を発生させた状態で、金型２０に充填された磁石合金の微粉末１１を加圧して圧縮成形するためのプレス（図示せず）を備える。
金型２０は、上パンチ１３、下パンチ１４、円柱状のコア１５、円筒状のダイス１６によって構成されており、いずれも非磁性である。また、上パンチ１３、下パンチ１４、コア１５、ダイス１６に囲われた空間をキャビティー１７とする。

本実施の形態２によるリング状の永久磁石２ｄの製造工程を説明する。
まず、磁石合金の微粉末１１を金型２０に給粉し、金型２０のキャビティー１７に磁石合金の微粉末１１を充填する。
磁場成形用電磁コイル１２ａは、リング状のコイルであり、水平面（リング状の永久磁石の軸方向に直行する面）に対して一定の角度θを保った状態で配置される。角度θの大きさは必要となる永久磁石のスキュー分布の角度によって異なる。また、磁場成形用電磁コイル１２ａは必要となる磁極の数によって、配置数が異なり、例えば磁極の数が３つであれば、磁場成形用電磁コイル１２ａは４箇所配置される。
隣接する磁場成形用電磁コイル１２ａは、電流の流れる方向が互いに逆向きとなるように形成されており、電流を流した際に隣接する磁場成形用電磁コイル１２ａが発生する磁場の向きが逆向きになる。また、全ての磁場成形用電磁コイル１２ａは、直列に接続されており、磁場成形用電磁コイル１２ａに流れる電流値を均一にし、電流を流した際に磁場成形用電磁コイル１２ａの発生する磁場の大きさがコイル間でバラつかないようにしている。
図２５のように磁場成形用電磁コイル１２を配置した状態で、上記のような電流の向きおよびコイルの直列接続状態で磁場成形用電磁コイル１２ａに電流を流すと、図２６のような磁場が発生する。磁石合金の微粉末１１の各粒子は、磁場成形用電磁コイル１２ａによって発生する磁場の向きと同じ方向に、それぞれの磁化容易方向を揃えるように動いて、整列する。
磁場成形用電磁コイル１２ａにて磁場をかけた状態で、キャビティー１７に充填された磁石合金の微粉末１１に、プレス（図示せず）を用いて上パンチ１３および下パンチ１４を加圧して圧縮成形し、リング状の成形体を成形する。
圧縮成形した後のリング状の成形体を、真空焼結炉の中へ搬送し、所定の温度で焼結・熱処理をする。その後、必要に応じて仕上げ加工を施し、軸方向に対して極異方配向された上で周方向にスキューが設けてあるリング状の永久磁石２ｄを得る。

図２７は本発明の実施の形態２によるシャフト型リニアモータ可動子の断面図である。
可動子の組立方法については、実施の形態１とほぼ同様であるが、リング状の永久磁石２ｄを接着剤等の固定部材でシャフト１に固定した状態で、着磁磁場発生用コイル２１ｄを図２８に示すように配置する。隣接する着磁磁場発生用コイル２１ｄ同士は、電流の向きがそれぞれ異なるように通電することで、着磁磁場発生用コイル２１ｄにて発生する着磁磁場は、図２９に示すようにリング状の永久磁石２ｄの配向方向とほぼ一致するため、可動子組立後の永久磁石の着磁が容易となる。着磁後の永久磁石の着磁方向は、図３０で示す矢印の向きとなる。

本実施の形態では、実施の形態１と同様の効果を有すると共に、永久磁石の極性分布をスキュー分布とすることにより、永久磁石の表面磁束量の周方向平均値の、軸方向に対する変化の勾配が小さくなり、コギングトルクを低減することができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、リング状の永久磁石は配向方向（磁石内の結晶粒の磁化容易軸が特定の方向に揃っている）を持つ異方性永久磁石を使用したが、配向方向を持たない（磁石内の結晶粒の磁化容易軸が特定の方向に揃っていない）等方性永久磁石を使用しても良い。その場合、実施の形態２と同様に、着磁後の極性分布がスキュー分布となっていてもよい。

可動子の組立方法については、実施の形態１と同様であり、リング状の等方性の永久磁石をシャフトに固定する。そして、実施の形態１又は実施の形態２で用いる着磁磁場発生用コイル２１、２１ａにより、可動子組立後に永久磁石の着磁を行なうことにより、実施の形態１又は実施の形態２と同様の着磁方向が得られる。
可動子組立後に永久磁石の着磁を行なう際に、等方性の永久磁石は、発生する着磁磁場の向きに倣って着磁されるため、可動子組立後の永久磁石の着磁を容易にし、生産性を向上できる。

実施の形態４．
図３１は本発明の実施の形態４によるシャフト型リニアモータ可動子を示す斜視図、図３２はリニアモータ可動子の永久磁石の配向方向を示す断面図、図３３はリニアモータ可動子の永久磁石の着磁方向を示す断面図である。
本実施の形態のシャフト型リニアモータ可動子１０は、シャフト１と、軸方向に配向されたリング状の永久磁石２ｅと径方向に配向されたリング状の永久磁石２ｆとを有する。
シャフト１は、実施の形態１と同様に軟磁性体であり、例えば鉄によって形成されている。また、シャフト１は丸棒形状をしているが円筒形状としてもよい。シャフト１が円筒形状の場合では、可動子の直径が同じであれば、可動子の質量が軽くなるため、応答性が向上する。
リング状の永久磁石２ａは、例えばネオジム焼結磁石であるが、ネオジムボンド磁石、サムリウム系の焼結磁石もしくはボンド磁石、フェライト系の焼結磁石もしくはボンド磁石を用いてもよい。
図３２に示すように軸方向に配向されたリング状の永久磁石２ｅを両端部に設置した上で、径方向に配向されたリング状の永久磁石２ｆと軸方向に配向されたリング状の永久磁石２ｃとが交互に配列されている。軸方向に配向された永久磁石２ｅの軸方向厚さをＬａ、径方向に配向された永久磁石２ｆの軸方向厚さをＬｂとする。また、各永久磁石の着磁方向は図３３に示される矢印の向きのようになる。

次に本発明の実施に形態４におけるシャフト型リニアモータ可動子の組立方法について説明する。軸方向に配向されたリング状の永久磁石２ｅが両端部に位置するように、径方向に配向されたリング状の永久磁石２ｆと軸方向に配向されたリング状の永久磁石２ｅとを必要な磁極の数だけ配置し、接着剤等の固定部材でシャフト１に固定する。磁極の数は、例えば１０であり、そのときの永久磁石の配向方向は図３２のようになる。なお、磁極の数は、これに制限されるものではない。
また、軸方向に配向されたリング状の永久磁石２ｅおよび径方向に配向されたリング状の永久磁石２ｆの、シャフト１への固定は、シャフト１に段付形状を設けることで固定してもよい。
軸方向に配向されたリング状の永久磁石２ｅおよび径方向に配向されたリング状の永久磁石２ｆを接着剤等の固定部材でシャフト１に固定した状態で、着磁磁場発生用コイル２１を図３４に示すように配置する。隣接する着磁磁場発生用コイル２１同士は、電流の向きがそれぞれ異なるように通電することで、着磁磁場発生用コイル２１にて発生する着磁磁場の向きは、図３４に示すようにリング状の永久磁石２ｅ、２ｆの配向方向と近くなるため、可動子組立後の永久磁石の着磁が容易となる。着磁後の永久磁石の着磁方向は、図３３の矢印が示す向きとなる。

図３５は、軸方向に配向された永久磁石２ｅを両端部に設置した場合と、径方向に配向された永久磁石２ｆを両端部に設置した場合の可動子の推力を比較したグラフである。グラフの縦軸は、径方向に配向された永久磁石２ｆを両端部に設置した場合を基準（１００％）としたときの推力の比率である。軸方向に配向された永久磁石２ｅを両端部に設置した場合は、径方向に配向された永久磁石２ｆを両端部に設置した場合に比べて、可動子の推力がおよそ１０％向上することがわかる。
また、軸方向に配向された永久磁石２ｅの軸方向厚さＬａよりも径方向に配向された永久磁石２ｆの軸方向厚さＬｂが大きくなる。
図３６は、径方向に配向された永久磁石２ｆの軸方向厚さＬｂに対する軸方向に配向された永久磁石２ｅの軸方向厚さＬａの比率と、可動子の推力の関係を示している。なお、Ｌｂに対するＬａの比率が０であるときは、実施の形態１で述べた参考技術１と同様に径方向に配向された永久磁石のみを配列した状態であり、縦軸はこのときの可動子の推力を基準（１００％）としている。
Ｌｂに対するＬａの比率が０であるときと、０以外のときを比べると、可動子の推力が向上している。軸方向に配向された永久磁石２ｅと径方向に配向された永久磁石２ｆを交互に配列することで、径方向に配向された永久磁石のみを配列する場合よりも、可動子の推力が向上することがわかる。さらに、Ｌｂに対するＬａの比率を０．２０〜０．４０、好ましくは０．２５〜０．３５とすることで、永久磁石が発生する磁場が増加し、可動子の推力が向上する。

実施の形態１、実施の形態１で述べた参考技術１、及び参考技術２における可動子の推力を比較すると、図３７のグラフのようになり、参考技術よりも実施の形態４の方が可動子の推力が向上することがわかる。また、実施の形態１の場合がより可動子の推力が向上することがわかる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ シャフト、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ リング状永久磁石、
１０ シャフト型リニアモータ可動子、１１ 磁石合金の微粉末、
１２，１２ａ 磁場成形用電磁コイル、１３ 上パンチ、１４ 下パンチ、１５ コア、１６ ダイス、１７ キャビティ、２０ 金型、２１，２１ｄ 着磁磁場発生用コイル。

Claims (14)

1. シャフトと、上記シャフトの外周に固定されるリング状の永久磁石とを有するシャフト型リニアモータ可動子において、
   上記永久磁石は、軸方向に沿って複数箇所において極異方に着磁されていることを特徴とするシャフト型リニアモータ可動子。
2. 上記永久磁石の着磁方向は、リング外周部において略径方向内側を向き、リング内周部に行くに連れて軸方向を向き、さらにリング外周部に行くに連れて略径方向外側を向く略円弧形状となっている請求項１に記載のシャフト型リニアモータ可動子。
3. 上記永久磁石の軸方向に沿って隣り合う着磁方向は、互いに逆方向である請求項２に記載のシャフト型リニアモータ可動子。
4. 上記永久磁石の軸方向両端部分は、その着磁方向が軸方向を向いている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のシャフト型リニアモータ可動子。
5. 上記永久磁石の極性分布は、周方向にスキュー分布となっている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のシャフト型リニアモータ可動子。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のシャフト型リニアモータ可動子に使用される永久磁石であって、その軸方向に沿って複数箇所において極異方に配向されていることを特徴とする永久磁石。
7. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のシャフト型リニアモータ可動子と、上記シャフト型リニアモータ可動子に間隙を介して配置された固定子を備えたリニアモータ。
8. 磁石合金の粉末が充填されるリング状のキャビティを有し、上記キャビティ内の上記磁石合金の粉末を上下から加圧する上下パンチを有する金型と、上記キャビティの外周に同軸に設置された複数個のリング状の磁場成形用電磁コイルとを備えた磁場中成形装置であって、
   上記キャビティ内に充填された上記磁石合金の粉末を上記上下パンチにより加圧しながら、上記隣り合う磁場成形用電磁コイルに逆向きの電流を流して相互に逆向きの磁場を発生させて、軸方向に沿って複数箇所において極異方に配向されている永久磁石の成形体を成形する磁場中成形装置。
9. 上記複数個の磁場成形用電磁コイルは、軸方向に直交する面に対して所定の角度傾いている請求項８に記載の磁場中成形装置。
10. シャフトと、上記シャフトの外周に固定されるリング状の永久磁石とを有するシャフト型リニアモータ可動子の製造方法において、
    上記リング状の永久磁石をシャフトに固定し、着磁磁場発生コイルにより着磁磁場を発生させて、上記永久磁石を軸方向に沿って複数箇所において極異方に着磁させる着磁工程を備えたシャフト型リニアモータ可動子の製造方法。
11. 上記シャフトの外周に、軸方向に配向されたリング状の永久磁石と径方向に配向されたリング状の永久磁石を交互に固定し、着磁磁場発生コイルにより着磁磁場を発生させて、上記永久磁石を上記配向方向に沿うように極異方に着磁させる着磁工程を備えた請求項１０に記載のシャフト型リニアモータ可動子の製造方法。
12. 上記シャフトの外周に、軸方向に配向されたリング状の永久磁石が両端部に位置するようにした請求項１１に記載のシャフト型リニアモータ可動子の製造方法。
13. リング状のキャビティ内に充填された磁石合金の粉末を加圧しながら、上記キャビティの外周に同軸に設置された複数個のリング状の磁場成形用電磁コイルのうち隣り合う電磁コイルに逆向きの電流を流して相互に逆向きの磁場を発生させて、軸方向の複数箇所において極異方に配向されているリング状の永久磁石の成形体を成形する磁場中成形工程と、
    上記リング状の永久磁石の成形体を焼結する焼結工程と、
    上記焼結されたリング状の永久磁石の成形体をシャフトに固定し、着磁磁場発生コイルにより上記極異方の配向方向と同じ方向の着磁磁場を発生させて着磁させる着磁工程とを備えた請求項１０に記載のシャフト型リニアモータ可動子の製造方法。
14. 上記複数個の磁場成形用電磁コイルは、軸方向に直交する面に対して所定の角度傾いており、上記永久磁石の極性分布は周方向にスキュー分布となっている請求項１３に記載のシャフト型リニアモータ可動子の製造方法。

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