JP2017507046A - 永久磁石を製造するための射出成形金型 - Google Patents

Abstract

永久磁石を製造するための射出成形金型において、磁石粒子を有する担体材料を収容するためのキャビティが加工されており、前記キャビティの径方向に相対する両側面に、それぞれ１つの配向用磁石が配置されている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の永久磁石を製造するための射出成形金型に関する。

背景技術
米国特許出願公開第２０１３／００９３１２１号明細書には、リング形の永久磁石を製造する方法が記載されている。ここでは、プラスチックの種類に応じて射出可能な、磁性粒子が埋め込まれた合成樹脂からなる担体材料が、射出成形金型のリング形のキャビティ内に導入される。キャビティは、リング形の配向用磁石によって囲まれており、この配向用磁石は、セグメント毎に径方向の磁化と周方向の磁化とを有する。異方性永久磁石を製造するために、周りを取り囲んでいる配向用磁石の磁界によって担体材料内の磁石粒子が配向される。射出成形工程の終了後、永久磁石は、磁力線を所期のように配向するためにセグメント毎に再び脱磁される。

発明の開示
本発明の基礎となる課題は、簡単な手段によって高性能な永久磁石を獲得することである。

上記の課題は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴によって解決される。従属請求項は、有利な実施形態を示す。

本発明に係る射出成形金型は、強力な磁界を有する永久磁石を製造するために使用することができる。このような永久磁石は、例えば電気モータにおいて、例えば固定子の内側で励磁磁界を形成するために使用される。永久磁石は、好ましくはリング形状、若しくは部分リング形状又は扇形状を有するが、基本的には、これと異なる別の断面幾何形状、例えば角柱形又は矩形の永久磁石も可能である。

永久磁石を製造するために、射出可能な担体材料内に磁石粒子が混加され、この担体材料が、射出成形金型のキャビティ内に射出される。キャビティ内において、この磁石粒子を有する担体材料を完全硬化させることができ、完全硬化に引き続いてこの永久磁石ブランクをキャビティから取り出して、さらなる処理、例えば表面の後処理や磁化に供することができる。

残留磁気が大きい永久磁石を獲得するためには、射出成形工程中において既に、担体材料内の磁石粒子を予備配向しておくことが有利である。このことは、射出工程に引き続いて永久磁石が強力な磁界に曝される、異方性永久磁石の製造のための前提である。永久磁石の担体材料内の予備配向された磁石粒子は、この際に持続的に磁化される。

磁石粒子の予備配向は、射出成形金型においてキャビティ内に担体材料が導入された後、この担体材料が完全硬化する前に実施される。射出成形金型では、キャビティの相対する両側面に配向用磁石が配置されている。これらの配向用磁石の磁化は、それぞれキャビティの面に対して直交する方向に向けらており、従って、これらの配向用磁石の磁力線同士は、同じ方向に向けられており、これらの磁力線がキャビティを直交するように貫通する。つまり、少なくとも２つの配向用磁石がキャビティの相対する両側面に配置されており、これらの配向用磁石の磁力線同士は、同じ方向を指し示している。これによって磁力線が、磁石粒子を有する担体材料が収容されているキャビティを直交方向に、すなわちキャビティの面に対して垂直方向に貫通することが保証されており、この直交方向の配向は、有利にはキャビティの面全体に亘って行われている。高温であっても、配向用磁石・キャビティにおいて充分に大きく一定の磁界強度を形成することができる。その結果として、このようにして永久磁石の壁部において、同じ方向に向けられた、磁石粒子の予備配向が実現される。

射出成形金型から取り出した後、永久磁石ブランクを、持続的に磁化させるために磁界に曝すことができ、この際には、磁石粒子が予備配向されていることに基づいて、大きな残留磁気を実現することが可能である。従って、このようにして製造された永久磁石は、その高い性能に基づき、電気モータにおいて、例えばパワーウィンドウモータのような車両内の補助モータとして使用するためにも適しているが、ステアリングシステムにおける電気的なサーボモータとして、又は始動装置における電気的なスターターモータとして使用するためにも適している。

有利な１つの実施形態によれば、磁石粒子のための材料として希土類、例えばＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物が使用される。希土類からなる磁石粒子の予備配向と、これによって実現された磁界強度の増加とに基づいて、性能が向上すると同時に、比較的低コストに製造することも可能になる。

担体材料としては、射出可能な材料、特に射出成形金型のキャビティ内に導入されて冷却された後に完全硬化する熱可塑性のプラスチックが考えられる。しかしながら、例えば射出可能な合成樹脂のような別の材料からなる担体材料も可能である。

有利な１つの実施形態によれば、キャビティは、リング形又は部分リング形に形成されている。配向用磁石は、キャビティに対して径方向内側及び径方向外側にずらされて配置されており、且つ、径方向の磁化を有する。これによって磁力線は、キャビティの曲面に対して直交方向に延在する。キャビティがリング形又は部分リング形に形成されていることにより、永久磁石の断面幾何形状もこれに対応することとなり、従って、このようにして形成された永久磁石は、有利にも電気モータに使用することが可能となる。この場合、リング形状にはさらなる利点があり、１つには、永久磁石において均一な磁界が形成されることであり、他方では、電気モータに使用される場合に、固定子側の永久磁石と、回転する電機子との間におけるリング形のギャップを、後処理なしに、又は僅かな後処理だけで小さく抑えることができることである。

部分リング形又は扇形のキャビティ、及びこれに対応して成形される永久磁石ブランク、並びに、リング形に形成されたキャビティ、及びこれに対応する永久磁石ブランクも考えられる。部分リング形に形成されている場合には、キャビティに対して径方向内側及び径方向外側にずらされて配置されている配向用磁石もまた、部分リング形に形成されている。相応にして、キャビティがリング形に形成されている場合には、配向用磁石もまたリング形に形成されている。部分リング形に形成されている場合にも、完全なリング形に形成されている場合にも、キャビティと、径方向内側及び径方向外側にずらされた２つの配向用磁石とは互いに同心状に配置されている。

さらなる有利な１つの実施形態によれば、各配向用磁石とキャビティとの間の間隔はそれぞれ同じ大きさである。しかしながら、各配向用磁石とキャビティとの間の間隔をそれぞれ異ならせることも可能である。

場合によっては、配向用磁石を個々のセグメントから構成することができる。配向用磁石は、特にキャビティの高さ全体及び幅全体に亘って延在している。しかしながら、各配向用磁石を一体的に構成することも考えられる。

射出成形金型のキャビティを画定している壁部は、好ましくは例えばフェライト鋼のような導磁性材料からなる。好ましい実施形態では、キャビティと、それぞれ隣接する配向用磁石とを分離させる２つの壁部が、導磁性材料から製造されている。

配向用磁石自体を、異方性の希土類永久磁石として構成することも可能である。

さらなる利点及び有利な実施形態は、以下の請求項、図面の説明、及び図面から理解することができる。

閉じられた状態における、リング形の永久磁石を製造するための射出成形金型を示す図である。 開けられた状態における射出成形金型を示す図である。 それぞれ１つの径方向内側の配向用磁石と径方向外側の配向用磁石とを備える、製造すべき永久磁石の担体材料を収容するための、射出成形金型のキャビティの縦断面図である。 キャビティの領域における、縦軸に対する横断面図である。

各図では、同じ部材には同じ参照符号が付されている。

図１及び２は、永久磁石を製造するための射出成形金型１を示す。射出成形金型１は、固定の型部分２と、該型部分２に対して軸方向に可動の型部分３とを有する。固定の型部分２内にはリング形又は中空円筒形のキャビティ４が加工されており、このキャビティ４内に少なくともほぼ液体の状態にある永久磁石の材料が射出される。キャビティ４の形状に相応して形成された永久磁石ブランク５（図２）も、完全硬化後にはリング形又は中空円筒形を有する。

永久磁石の担体材料としては例えばプラスチックが使用され、この担体材料内には永久磁石粒子が混加されている。プラスチック材料は、溶融物としてスプルーシステム６を介して固定の型部分２内へと射出される。スプルーシステム６は、可動の型部分３のロケートリング（センタリングフランジ）７内に円錐形の凹部を有し、且つ、キャビティ４内にプラスチック溶融物を導入するためのノズル８を有する。可動の型部分３のロケートリング７には、該ロケートリング７に対して軸方向に可動に保持された中間板９及び１０が続いている。ノズル８のための凹部をそれぞれ有する２つの中間板９及び１０、並びにロケートリング７は、固定の型部分２に配置されたガイドピン１１及び１２に軸方向にスライド可能に保持されている。

プラスチック溶融物の完全硬化後、リング形又は中空円筒形の永久磁石ブランク５が、エジェクタ１３を用いてキャビティ４から取り出される。取り出し後、ブランク５を後処理、例えば表面加工及び／又は磁化に供することができる。

図３及び４に関連させながら図１及び２から見て取れるように、固定の型部分２のキャビティ４と同心円状に、キャビティ４の径方向内側には配向用磁石１４が、径方向外側には配向用磁石１５が配置されている。配向用磁石１４及び１５は、キャビティ４内に導入されたプラスチック溶融物内の磁石粒子に対して、プラスチックが完全硬化する前に予備配向を行うという役割を有している。磁石粒子は、特に希土類、例えばＮｄＦｅＢからなる。プラスチック溶融物内の磁石粒子を予備配向することによって、フェライトに比べて残留磁気が約４倍大きい、希土類からなる異方性永久磁石が得られる。

図３及び４から見て取れるように、リング形のキャビティ４は、例えばフェライト鋼のような導磁性材料からなる壁部１７及び１８によって囲まれている。壁部１７及び１８は、同じ径方向の壁部厚さを有してもよいし、それぞれ異なる壁部厚さでもよい。径方向内側には配向用磁石１４が配置されており、径方向外側には配向用磁石１５が配置されている。これら２つの配向用磁石１４，１５は、例えば径方向内側から外側へとＮ極からＳ極に延在する径方向の磁化を有し、従って、これら２つの配向用磁石１４及び１５の磁力線も径方向に配向されている。しかしながら、外側から内側への径方向の磁化も考えられ、つまり重要なのは、磁化の配向が径方向であることである。２つの配向用磁石１４，１５の磁力線同士は、互いに移行し合っており、これらの磁力線は、キャビティ４と、キャビティ４内に収容されている、磁石粒子を含有する永久磁石の担体材料とを貫通し、これによって磁石粒子に対して所期の予備配向が行われる。

図３では、リング形のキャビティの上側端部及び下側端部に磁力線が例示されており、参照符号１９又は２０によって表されている。磁力線は、配向用磁石１４と配向用磁石１５との間では径方向内側から径方向外側へと延在しており、これらの配向用磁石の外側では２つの配向用磁石リング１４及び１５の間で閉じられた環を形成している。この場合、径方向に延在する磁力線は、キャビティ４の面に対して直交する方向に向けられた平面に位置している。キャビティ４の上側領域及び下側領域における磁力線の拡散を回避するため、又は少なくとも低減するために、キャビティ４の上側端部又は下側端部には、非磁性材料、例えば青銅、真鍮、又はアルミニウムからなる非磁性の分離板２１及び２２が固定の型部分２内に配置されている。

図４に図示されているように、リング形の配向用磁石１４及び１５は、それぞれ個々のセグメントから構成することができ、これらのセグメントは、周方向に互いに補完し合って１つの閉じられたリングを形成する。配向用磁石１４，１５の各セグメントの内部では、磁力線が径方向に延在する。

Claims (10)

1. 永久磁石を製造するための射出成形金型であって、
   前記射出成形金型（１）の型部分（２）内のキャビティ（４）を有し、
   前記キャビティ（４）に隣接して配向用磁石（１４，１５）が配置されている、
   射出成形金型において、
   前記キャビティ（４）の相対する両側面に、前記キャビティ（４）の面に対して直交する方向に向けられた磁化を有するそれぞれ１つの配向用磁石（１４，１５）が配置されている、
   ことを特徴とする射出成形金型。
2. 前記キャビティ（４）は、少なくとも部分リング形に形成されており、前記キャビティ（４）の径方向内側及び径方向外側に、径方向の磁化を有するそれぞれ１つの配向用磁石（１４，１５）が配置されている、
   請求項１記載の射出成形金型。
3. 前記キャビティ（４）は、前記射出成形金型（１）の前記型部分（２）内にリング形に形成されており、前記配向用磁石（１４，１５）も、前記径方向内側及び前記径方向外側にリング形に形成されており、
   特に前記配向用磁石（１４，１５）は、前記キャビティ（４）と同心状に配置されている、
   請求項２記載の射出成形金型。
4. 前記配向用磁石（１４，１５）は、個々の磁石セグメントから構成されている、
   請求項１から３のいずれか１項記載の射出成形金型。
5. 前記配向用磁石（１４，１５）は、前記キャビティ（４）の軸方向の高さ全体に亘って延在している、
   請求項１から４のいずれか１項記載の射出成形金型。
6. １つの配向用磁石（１４，１５）と前記キャビティ（４）との間に、導磁性材料からなる壁部（１７，１８）が配置されている、
   請求項１から５のいずれか１項記載の射出成形金型。
7. 径方向内側の前記配向用磁石（１４）と前記キャビティ（４）との間にも、径方向外側の前記配向用磁石（１５）と前記キャビティ（４）との間にも、導磁性材料からなるそれぞれ１つの壁部（１７，１８）が配置されている、
   請求項６記載の射出成形金型。
8. 永久磁石を製造する方法であって、
   請求項１から８のいずれか１項記載の射出成形金型（１）におけるキャビティ（４）内に、磁石粒子を有する担体材料を射出し、
   前記担体材料内の前記磁石粒子を、配向用磁石（１４，１５）によって予備配向し、
   射出成形の終了後、永久磁石ブランク（５）を磁化する、
   ことを特徴とする方法。
9. 前記担体材料内の前記磁石粒子のための材料として希土類、例えばＮｄ_２Ｆｅ_１４Ｂ化合物を使用する、
   請求項８記載の方法。
10. 前記担体材料は、熱可塑性のプラスチックである、
    請求項８又は９記載の方法。

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