JP2017103312A - 磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁性材料の成形体に着磁することにより漏洩する磁束密度が強い磁石を、大量生産することができる製造方法を提供する。【解決手段】コイル７，８を備え、対向して設けられた第１、第２のヨーク３，４と、コイルを備えず、対向して設けられた第３、第４のヨーク５，６とに囲まれる空間に、磁性材料からなる直方体形の成形体１１配置し、第１、第２のヨーク３，４に備えられるコイル７，８に励磁パルス電流を印加して該コイルを励磁することにより、成形体１１を着磁する。【選択図】 図１

Description

本発明は、磁石の製造方法に関する。

従来、磁気アクチュエーター、自動車用モーターの回転子には、漏洩する磁束密度が強いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ合金系の磁性材料からなる焼結磁石が多く使われている。前記焼結磁石は、保持力の向上のために数原子％の希少金属のＤｙを含むこともあり、高価である。

一方、磁性材料の粉末をバインダと混合し成形固化して製造されるボンド磁石が知られている（例えば、特許文献１参照）。

前記ボンド磁石は、前記焼結磁石に比較して安価であるので、前記磁気アクチュエーター、自動車用モーターの回転子に使用することが検討されている。

特開２０１５−２０４３９１号公報

しかしながら、ボンド磁石は、焼結磁石に比較して磁束密度が低いので、材料コストのみに着目して焼結磁石をボンド磁石に置き換えると、磁気アクチュエーター、自動車用モーター等のデバイスの正常な動作を阻害することがあるという不都合がある。

本発明は、かかる不都合を解消して、磁性材料の成形体に着磁することにより漏洩する磁束密度が強い磁石を大量生産することができる製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、磁性材料の成形体に着磁することにより磁石を製造する方法について種々検討した。その結果、磁石の表面全てにおいて磁束密度を強化する必要はなく、磁石の表面の一部のみ、例えば、磁気アクチュエーターの場合であればそのストロークに関与する部分のみ磁束密度を強化すれば足りることを見出し、本発明に到達した。

そこで、本発明の磁石の製造方法は、コイルを備え、対向して設けられた第１、第２のヨークと、コイルを備えず、第１、第２のヨークの間で第１、第２のヨークを結ぶ線と直交する位置に対向して設けられ基部で第１、第２のヨークに連設される第３、第４のヨークとに囲まれる空間に磁性材料からなる成形体を配置し、第１、第２のヨークに備えられるコイルに励磁パルス電流を印加して該コイルを励磁することにより、該成形体を着磁することを特徴とする。

本発明の磁石の製造方法では、まず、前記第１〜４の各ヨークに囲まれる空間に、前記磁性材料からなる成形体を配置する。このとき、前記成形体は直方体形であり、対向する面の第１の組が第１、第２のヨークに対面し、対向する面の第２の組が第３、第４のヨークに対面するように配置される。

次に、第１、第２のヨークに備えられるコイルに励磁パルス電流を印加して該コイルを励磁する。このようにすると、前記コイルの励磁により発生した磁束が、前記第１の組の面の表面から前記成形体に入り、前記第２の組の面の表面から第３、第４のヨークに入り、第１、第２のヨークに戻る磁気回路が形成される。

具体的には、第１のヨークに備えられるコイルに発生した磁束が第３のヨークを通って第１のヨークに戻る磁気回路、第１のヨークに備えられるコイルに発生した磁束が第４のヨークを通って第１のヨークに戻る磁気回路、第２のヨークに備えられるコイルに発生した磁束が第３のヨークを通って第２のヨークに戻る磁気回路、第２のヨークに備えられるコイルに発生した磁束が第４のヨークを通って第２のヨークに戻る磁気回路の４つの磁気回路が形成される。

この結果、前記第１の組の面の表面が前記コイルに発生する磁極と同一極に着磁され、前記第２の組の面の表面が反対極に着磁され、対向する両面が同極に着磁された磁石（以下、両面同極磁石という）が形成される。そして、前記両面同極磁石では、前記第２の組の面の表面の第１、第２のヨークに挟まれる中央付近の磁束密度を強くすることができる。

また、本発明の製造方法では、前記第１〜４の各ヨークに囲まれる空間に、前記磁性材料からなる成形体を複数配置することが好ましい。この結果、前記第１〜４の各ヨークに囲まれる空間に配置した複数の前記成形体の全てを前述のように着磁し、前記第２の組の面の表面の第１、第２のヨークに挟まれる中央付近の磁束密度を強くすることができる。

また、本発明の製造方法では、前記磁性材料からなる成形体は、磁性材料の粉末をバインダと混合し成形固化され異方性を備える成形体であってもよく、磁性材料の粉末をバインダと混合し成形固化され等方性を備える成形体又は、磁性材料の粉末を成形し焼結してなる成形体であってもよい。

本発明の製造方法に用いる着磁装置の構成を示す正面図。 図１のII−II線断面図。 本発明の製造方法に用いる磁性材料からなる成形体の形状を示す斜視図。 Ａは本発明の製造方法で得られた磁石の表面の磁束密度分布を示すグラフ、Ｂは従来の製造方法で得られた磁石の表面の磁束密度分布を示すグラフ。 Ａは磁性材料の粉末をバインダと混合し成形固化され異方性を備える成形体を本発明の製造方法で着磁したときの励磁パルス電流値と最大磁束密度との関係を示すグラフ、Ｂは磁性材料の粉末をバインダと混合し成形固化され等方性を備える成形体を本発明の製造方法で着磁したときの励磁パルス電流値と最大磁束密度との関係を示すグラフ、Ｃは磁性材料の粉末を成形し焼結してなる成形体を本発明の製造方法で着磁したときの励磁パルス電流値と最大磁束密度との関係を示すグラフ。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１に示すように、本実施形態の製造方法に用いる着磁装置１は、四角筒状の枠体２から水平方向に突出し、先端部が対向するように設けられた第１、第２のヨーク３，４と、枠体２から垂直方向に突出し、先端部が対向するように設けられた第３、第４のヨーク５，６とを備えている。ここで、第１〜４の各ヨーク３，４，５，６は、枠体２の長さ方向に沿って設けられており、第３、第４のヨーク５，６は、第１、第２のヨーク３，４の間で第１、第２のヨーク３，４を結ぶ線と直交する位置に対向して設けられている。

第１、第２のヨーク３，４は、それぞれコイル７，８を備えており、コイルは直径１．５ｍｍの銅線９が５回巻き回されており、銅線９は、パルス電源装置１０に接続されている。一方、第３、第４のヨーク５，６はいずれもコイルを備えず、基部で枠体２を介して第１、第２のヨーク３，４に連設されている。

着磁装置１は、例えば、黄銅−鉄合金、ニッケル−鉄合金のような軟磁性材料で形成されており、パルス電源装置１０からコイル７，８に励磁パルス電流を印加してコイル７，８を励磁するといずれもＮ極となる。そこで、着磁装置１では、第１〜４の各ヨーク３，４，５，６の先端部に囲まれる空間に、磁性材料からなる成形体１１を配置し、パルス電源装置１０からコイル７，８に励磁パルス電流を印加してコイル７，８を励磁することにより、成形体１１を着磁する。

また、着磁装置１では、図２に示すように、第１〜４の各ヨーク３，４，５，６の先端部に囲まれる空間に、成形体１１を複数、例えば、３個配置することができる。

成形体１１は、図３に示すように、直方体形状であり、最も大きな面積を備えるｘｙ平面１２、１３を主面とし、次に大きな面積を備えるｙｚ平面１４，１５と、最も小さな面積を備えるｚｘ平面１６，１７を側面とする。このとき、成形体１１は、ｙｚ平面１４，１５（第１の組）が第１、第２のヨーク３，４の先端に対面し、ｘｙ平面１２、１３（第２の組）が第３、第４のヨーク５，６の先端に対面し、ｚｘ平面１６，１７で他の成形体１１に接するように配置される。

成形体１１は、例えば、サマリウム−鉄−窒素系、ネオジム−鉄−ホウ素系の磁性材料の粉末（磁粉）をポリアミド樹脂等のバインダと混合し、成形、固化されたものを用いることができ、異方性であってもよく、等方性であってもよい。前記磁粉は、例えば、２〜３μｍの範囲の直径を備えており、該磁粉と前記バインダとの比率は、例えば、磁粉：バインダ＝７：３程度とすることができる。

以下、本明細書では、前記磁粉を前記バインダと混合し、成形、固化され異方性を備えるものを、異方性ボンド成形体、等方性を備えるものを等方性ボンド成形体と記載する。尚、前記異方性ボンド成形体は、ｘ軸方向に磁化容易軸を備えている。

また、成形体１１は、ネオジム−鉄−ホウ素系等の磁粉を成形し、焼結したものであってもよい。前記磁粉は、例えば、４〜５μｍの範囲の直径を備えている。以下、本明細書では、前記磁粉を成形し、焼結したものを、焼結成形体と記載する。

本実施形態の磁石の製造方法では、前述のように、着磁装置１を用い、第１〜４の各ヨーク３，４，５，６の先端部に囲まれる空間に、磁性材料からなる成形体１１を配置し、パルス電源装置１０からコイル７，８に励磁パルス電流を印加してコイル７，８を励磁することにより、成形体１１を着磁することにより磁石を製造する。

パルス電源装置１０からコイル７，８に励磁パルス電流を印加してコイル７，８を励磁すると、図１に示すように、コイル７，８の励磁により発生した磁束が、ｙｚ平面１４，１５から成形体１１に入り、ｘｙ平面１２，１３から抜けて、第３、第４のヨーク５，６に入り、第１、第２のヨーク３，４に戻る磁気回路が形成される。

具体的には、第１のヨーク３に備えられるコイル７に発生した磁束が第３のヨーク５を通って第１のヨーク３に戻る磁気回路ａ、第１のヨーク３に備えられるコイル７に発生した磁束が第４のヨーク６を通って第１のヨーク３に戻る磁気回路ｂ、第２のヨーク４に備えられるコイル８に発生した磁束が第３のヨーク５を通って第２のヨーク４に戻る磁気回路ｃ、第２のヨーク４に備えられるコイル８に発生した磁束が第４のヨーク６を通って第２のヨーク４に戻る磁気回路ｄの４つの磁気回路ａ，ｂ，ｃ，ｄが形成される。

この結果、ｙｚ平面１４，１５の表面がコイル７，８に発生する磁極と反対極であるＳ極に着磁され、ｘｙ平面１２，１３の表面がｙｚ平面１４，１５の表面と反対極であるＮ極に着磁された両面同極磁石が形成される。そして、前記両面同極磁石では、ｘｙ平面１２，１３の表面の第１、第２のヨーク３，４に挟まれる中央付近の磁束密度を強くすることができる。

次に、１２ｍｍ×２４ｍｍ×６ｍｍの大きさを備える成形体１１を用い、本実施形態の製造方法により１７ｋＡの励磁パルス電流を印加して磁石を製造したときに、ｘｙ平面１２，１３の表面の第１、第２のヨーク３，４に挟まれる方向（ｘ軸方向）における磁束密度（Ｔ）の変化を図４Ａに示す。また、従来の空心コイルを用い１７ｋＡの励磁パルス電流を印加して磁石を製造したときに、ｘｙ平面１２，１３の表面の第１、第２のヨーク３，４に挟まれる方向（ｘ軸方向）における磁束密度の変化を図４Ｂに示す。尚、図４Ａ，Ｂにおいて、○は異方性ボンド成形体、△は等方性ボンド成形体、□は焼結成形体を示し、ｘ軸は第１のヨーク３側を原点とする。

図４Ａから、本実施形態の製造方法により得られた磁石では、磁石表面の磁束密度は５＜ｘ＜１０の範囲、すなわちで第１、第２のヨーク３，４に挟まれる中央付近で強くなることが明らかである。これに対し、図４Ｂから、従来の製造方法により得られた磁石では、磁石表面の磁束密度はｘ＞４の範囲でほぼ一定になり、第１、第２のヨーク３，４に挟まれる中央付近で強くすることができないこと明らかである。

次に、異方性ボンド成形体１１を用い、本実施形態の製造方法により磁石を製造したときの励磁パルス電流値と、ｘｙ平面１２，１３の表面の最大磁束密度との関係を図５Ａに、等方性ボンド成形体１１を用い、本実施形態の製造方法により磁石を製造したときの励磁パルス電流値と、ｘｙ平面１２，１３の表面の最大磁束密度との関係を図５Ｂに、焼結成形体１１を用い、本実施形態の製造方法により磁石を製造したときの励磁パルス電流値と、ｘｙ平面１２，１３の表面の最大磁束密度との関係を図５Ｃに、それぞれ示す。

各成形体１１は、１２ｍｍ×２４ｍｍ×６ｍｍの大きさ（アスペクト比（ｙ／ｘ）＝２．０）と、１２ｍｍ×１６ｍｍ×６ｍｍの大きさ（アスペクト比（ｙ／ｘ）＝１．３）とを備えるものを用いた。また、励磁パルス電流値は、０〜２０ｋＡの範囲で変化させた。

図５Ａ、Ｂから、異方性ボンド成形体１１又は等方性ボンド成形体１１の場合には、従来の製造方法により得られた磁石の磁束密度（図中、破線で示す）に対し、最大５２％強くなることが明らかである。この結果、特に、異方性ボンド成形体１１の最大磁束密度（図５Ａ中、０．３５Ｔ）は、従来の製造方法により得られた焼結磁石の磁束密度（図５Ｃ中、破線で示す値０．３７Ｔ）に匹敵することが明らかである。

また、図５Ｃから、焼結成形体１１の場合には、従来の製造方法により得られた磁石の磁束密度（図中、破線で示す）に対し、最大２３％強くなることが明らかである。

また、異方性ボンド成形体１１、等方性ボンド成形体１１、焼結成形体１１のいずれの場合にも、同時に製造した３個の成形体１１の磁束密度の値はよく一致しており、本実施形態の製造方法により、磁石の大量生産が可能であることが明らかである。

１…着磁装置、 ３…第１のヨーク、 ４…第２のヨーク、 ５…第３のヨーク、 ６…第４のヨーク、 ７，８…コイル、 １１…磁性材料からなる成形体。

Claims (3)

1. コイルを備え、対向して設けられた第１、第２のヨークと、コイルを備えず、第１、第２のヨークの間で第１、第２のヨークを結ぶ線と直交する位置に対向して設けられ基部で第１、第２のヨークに連設される第３、第４のヨークとに囲まれる空間に、
   磁性材料からなる直方体形の成形体を、該成形体の対向する面の第１の組が第１、第２のヨークに対面し、対向する面の第２の組が第３、第４のヨークに対面するように配置し、
   第１、第２のヨークに備えられるコイルに励磁パルス電流を印加して該コイルを励磁することにより、該成形体を着磁することを特徴とする磁石の製造方法。
2. 請求項１記載の磁石の製造方法において、前記第１〜４の各ヨークに囲まれる空間に、前記磁性材料からなる成形体を複数配置することを特徴とする磁石の製造方法。
3. 請求項１又は請求項２記載の磁石の製造方法において、前記磁性材料からなる成形体は、磁性材料の粉末をバインダと混合し成形固化され異方性を備える成形体、磁性材料の粉末をバインダと混合し成形固化され等方性を備える成形体、磁性材料の粉末を成形し焼結してなる成形体からなる群から選択される１種の成形体であることを特徴とする磁石の製造方法。