JP2021012997A

JP2021012997A - 永久磁石

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Publication number: JP2021012997A
Application number: JP2019127794A
Authority: JP
Inventors: 将裕阿部; Masahiro Abe; 理恵吉田; Rie Yoshida; 幹彦島; Mikihiko Shima
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2021-02-04

Abstract

【課題】長手方向に対して垂直な方向が磁化方向である永久磁石において、作用面における長手方向の磁場の強度分布のバラツキが小さい永久磁石を提供する。【解決手段】長手方向に対して垂直な方向が磁化方向である永久磁石であって、長手方向の略中央部における磁化方向に対して平行な方向の最大長さＨｍが、１ｍｍ以上であり、磁化方向に対して垂直な方向の最大長さＬｅより小さく、永久磁石の最端部における磁化方向に対して平行な方向の作用面からの最大長さＨｅは、Ｈｍより小さい。【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石に関する。

長手方向に対して垂直な方向が磁化方向である永久磁石では、長手方向の磁場の強度が均一にならず、最両端部の磁束密度が極端に低く、少し内側の端部近傍の磁束密度が角状に高くなるという現象が生じる。

たとえば、特許文献１には、画像形成装置における長尺永久磁石の端部の厚さを長手方向で変え、磁気特性が必要な領域までの距離を変えることによって、長手方向の磁束密度分布をコントロールすることができることが開示されている。

特開２００４−３１１７７１号公報

本発明は、長手方向に対して垂直な方向が磁化方向である永久磁石において、作用面における長手方向の磁場の強度分布のバラツキが小さい永久磁石を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、長手方向に対して垂直な方向が磁化方向である永久磁石であって、前記長手方向の略中央部における磁化方向に対して平行な方向の最大長さＨｍが、１ｍｍ以上であり、磁化方向に対して垂直な方向の最大長さＬｅより小さく、永久磁石の最端部における磁化方向に対して平行な方向の作用面からの最大長さＨｅは、Ｈｍより小さい永久磁石に関する。

本発明の永久磁石は、永久磁石の最端部における磁化方向に対して平行な方向の作用面からの最大長さＨｅが、長手方向の略中央部における磁化方向に対して平行な方向の最大長さＨｍより小さいため、作用面における長手方向の磁場の強度分布のバラツキが小さい永久磁石を提供することができる。

直方体形状の永久磁石において、長手方向の略中央部における磁化方向に対して平行な方向の最大長さＨｍ、磁化方向に対して垂直な方向の最大長さＬｅ、永久磁石の最端部における磁化方向に対して平行な方向の作用面１からの最大長さＨｅ、および、磁化方向に垂直な幅方向の最大長さＷの説明図である。非作用面における略中央部側から端部近傍側に向かって階段状（２段）に小さくなっている本発明の永久磁石の断面図である。非作用面における略中央部側から端部近傍側に向かって階段状（３段）に小さくなっている本発明の永久磁石の断面図である。非作用面における略中央部側から端部近傍側に向かってスロープ状に小さくなっている本発明の永久磁石の断面図である。非作用面における略中央部側から端部近傍側に向かってスロープ状に小さくなっている本発明の永久磁石の断面図である。非作用面における略中央部側から端部近傍側に向かって単調減少している本発明の永久磁石の断面図である。

以下、本発明の実施形態について詳述する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための一例であり、発明を以下のものに限定するものではない。なお、本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。また「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。

本実施形態の永久磁石は、長手方向に対して垂直な方向が磁化方向である永久磁石であって、前記長手方向の略中央部における磁化方向に対して平行な方向の最大長さＨｍが、１ｍｍ以上であり、磁化方向に対して垂直な方向の最大長さＬｅ以下であり、永久磁石の最端部における磁化方向に対して平行な方向の作用面からの最大長さＨｅは、Ｈｍより小さいことを特徴とする。例えば、従来のように、非作用面側を略平面に保ちつつ、作用面側を平面にしないことにより端部の磁化方向に対して平行な方向の長さを変える場合は、磁気特性が必要な領域までの距離に対する磁力の低下幅が大きいので、磁束密度の調整が難しいと考えられる。本実施形態においては、作用面側を略平面に保ちつつ、非作用面側を平面にしないことにより端部の磁化方向に対して平行な方向の長さを変えるので、作用面から磁気特性が必要な領域までの距離を一定にしつつ、磁場の強度分布を容易に調整することができることから、作用面における長手方向の磁場の強度分布のバラツキが小さい永久磁石を提供することができる。

ここで、作用面が略平面であるとは、作用面に意図しない極小の段差や傾斜や窪みがあったとしても略平面に含むものである。例えば、金型を用いて作製した永久磁石の一面であって作用面に極小の段差があったとしても略平面に含まれる。また、例えば、作用面において段差や傾斜や窪みがあったとしても磁場の強度分布に影響がない程度であれば略平面に含まれる。

図１に、直方体形状の永久磁石におけるＨｍ、Ｈｅ、Ｌｅ、磁化方向に垂直な幅方向の最大長さＷ、および、作用面１を図示する。本実施形態における作用面とは、磁気特性が必要な領域を有する側の面（例えば、磁気センサ素子と永久磁石を組み込んだ装置において、磁気センサ素子を配置する側の面）意味し、また、作用面の対面を非作用面とする。また、図１に示す実施形態では、Ｎ極側を作用面としているが、別の実施形態としてはＳ極側を作用面としても良い。

永久磁石の磁化に垂直な方向であって、長手方向（Ｌ方向）の最大長さＬｅは、Ｈｍ、およびＷ以上であることが好ましく、具体的な寸法は５ｍｍ以上３００ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下がより好ましい。Ｌｅが５ｍｍ未満では、ＨｅとＨｍが同じ長さであっても、長手方向の磁場の強度分布のバラツキが小さくなる傾向があり、Ｌｅが３００ｍｍを超えると、永久磁石作製が困難となる傾向がある。

永久磁石の磁化に垂直な方向であって、長手方向に対して垂直な方向（Ｗ方向）の最大長さＷは、Ｌｅ以下であることが好ましく、具体的な寸法は１ｍｍ以上３００ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以上２５０ｍｍ以下がより好ましい。Ｗが、１ｍｍ未満又は３００ｍｍを超えると、永久磁石の作製が困難となる傾向がある。

永久磁石の長手方向の略中央部における磁化に平行な方向であって、長手方向対して垂直な方向（Ｈ方向）の最大長さＨｍは、Ｌｅ以下であることが好ましく、具体的な寸法は、下限は１ｍｍ以上が好ましく、２ｍｍ以上がより好ましく、４ｍｍ以上がさらに好ましく、上限は２０ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以下がより好ましい。１ｍｍ未満の場合、ＨｅとＨｍが同じ長さであっても、長手方向の磁場の強度分布のバラツキが小さくなる傾向があり、２０ｍｍを超えると、永久磁石の作製が困難となる傾向がある。また、Ｈｍに対するＬｅの比（Ｌｅ／Ｈｍ）は、長手方向の磁場の強度分布のバラツキが生じやすい範囲として、１１０以下が好ましく、１以上５０以下がより好ましい。

永久磁石の長手方向の最端部における磁化に平行な方向であって、長手方向対して垂直な方向の作用面からの最大長さＨｅは、Ｈｍより小さければよいが、０．５ｍｍ以上１５ｍｍ以下が好ましく、４ｍｍ以上８ｍｍ以下がより好ましい。Ｈｅが、０．５ｍｍ未満では、磁石の加工や射出成形での精度が出しにくくなる傾向があり、１５ｍｍを超えると、磁化時の磁気ギャップが大きくなりすぎて十分に磁化した永久磁石が得られない傾向がある。

また、Ｈｍに対するＨｅの比（Ｈｅ／Ｈｍ）は、０．１以上０．７以下が好ましく、０．２以上０．５以下がより好ましい。Ｈｍに対するＨｅの比が０．１未満では、端部近傍の磁束密度を小さくする効果が薄く、０．７を超えると端部の磁束密度が中央部の磁束密度に対して小さくなる傾向がある。

永久磁石の略中央部における長手方向に対して垂直な方向の断面形状は特に限定されないが、多角形がより好ましい。

永久磁石における磁束密度は、特に限定されないが、中心部近傍の最小磁束密度Ｂｍｉｎに対する最大磁束密度Ｂｍａｘは、１倍以上１．０７倍以下が好ましく、１．０５倍以下がより好ましい。ここで、磁束密度は、例えば、磁気センサを用いて永久磁石の同一面上におけるＷ方向（磁化に垂直な方向であって、長手方向に対して垂直な方向）の中央であってＬ方向の端部から端部まで長手方向へ走査し測定した値である。なお測定にあたりセンサ感受面と磁石表面とのギャップを３０μｍ以上３００μｍ以下とする。

永久磁石における磁化方向に対して平行な断面の最大長さは、非作用面の略中央部側から端部近傍側に向かって段階的に小さくなっていることが好ましい。ここで、長さ方向の全範囲において段階的に小さくなっている必要はなく、端部近傍側の一部のみが小さくなっていてもよい。段階的に小さくなっている態様としては、たとえば、略中央部側から端部近傍側に向かって階段状に小さくなっている態様、略中央部側から端部近傍側に向かってスロープ状に小さくなっている態様、略中央部側から端部近傍側に向かって単調減少している態様が挙げられる。図２および３に、階段状に小さくなっている永久磁石の断面図を、図４および５に、スロープ状に小さくなっている永久磁石の断面図を、図６に、単調減少している永久磁石の断面図を示す。図２から図６の断面図において、上面を作用面とし、下面を非作用面とする。中でも、効果に優れ作製のし易さや他部品との組み合わせし易さの点から、図２の態様が好ましい。

段階的に小さくするために、たとえば永久磁石の端部に切欠部（切削部ともいう）や面取部（切削部ともいう）を設けることができる。切欠部としては、図２のような四角柱の部位を取り除いた部位、図３のような四角形柱の部位を２つ取り除いた部位、図４のような三角柱の部位を取り除いた部位、図５のような三角柱の部位と扇形の柱体の部位を取り除いた部位が挙げられる。中でも、効果に優れ作製のし易さや他部品との組み合わせし易さの点から図２の態様が好ましい。図２や３において、永久磁石の磁界方向の長さＨ１は、磁界に垂直な方向の長さＬ１よりも短いことが好ましく、永久磁石の磁界方向の長さＨ２は、磁界に垂直な方向の長さＬ２よりも短いことが好ましい。

面取部としては、図４や図５のような角面取部や、図６のような丸面取部が挙げられる。面取部は、複数設けることもできる。

切欠き部を形成する手段としては様々な加工方法が適用でき、フライス盤、研削盤、旋盤、マシニングセンタなどの工作機械が使用できる。永久磁石製造の段階で予め設計されている切欠き寸法および形状の金型を準備し、成形してもよい。

永久磁石の材質は特に限定されず、酸化物系、鉄合金系、希土類系の焼結磁石やボンド磁石などが挙げられる。

本発明の永久磁石は、様々な用途に使用することができる。たとえば、近接センサ、磁気センサ、吸着磁石などが挙げられる。

以下、実施例について説明する。なお、特に断りのない限り、「％」は質量基準である。

製造例
ＳｍＦｅＮ系磁性粉末３０００ｇ、１２ナイロン３００ｇをミキサーで混合後、二軸混練機に投入し、２１０℃にて混練して混練物を得た。得られた混練物を冷却後、切断しボンド磁石用コンパウンドを得た。得られたコンパウンドを射出成形し、Ｈ方向１０ｍｍ、Ｗ方向５０ｍｍ、Ｌ方向５０ｍｍの射出成形体を得た。

実施例１および比較例１
製造例で作製した射出成形体を加工し、Ｈｍ＝４ｍｍ、Ｗ＝４ｍｍ、Ｌｅ＝３０ｍｍの直方体形状の永久磁石を得た。直方体磁石の両端部を、図２に示す形状になるように表１に示す長さに加工した後、着磁磁場３ＴにてＨ方向に着磁し、永久磁石を作製した。なお、端部近傍を加工しなかったものを比較例１の永久磁石とした。

得られた永久磁石上で、ホールプローブをＬ方向に走査して表面磁束密度分布を測定し、最大磁束密度Ｂｍａｘと中央部付近の最小磁束密度Ｂｍｉｎの比を計算した。その結果を、表１に示す。

実施例２〜５
図２に示す形状になるように表１に示す長さ加工したこと以外は、実施例１と同様にして永久磁石を作製し、表面磁束密度分布を測定した。最大磁束密度Ｂｍａｘと中央部付近の最小磁束密度Ｂｍｉｎの比を、表１に示す。

実施例６〜８
図３〜５に示す形状になるように表２に示す長さに加工したこと以外は、実施例１と同様にして永久磁石を作製し、表面磁束密度分布を測定した。最大磁束密度Ｂｍａｘと中央部付近の最小磁束密度Ｂｍｉｎの比を、表２に示す。

実施例９および比較例２
製造例で作製した射出成形体を加工し、Ｈｍ＝１０ｍｍ、Ｗ＝１０ｍｍ、Ｌｅ＝５０ｍｍの直方体形状磁石を得た。前記磁石の両端部を、図２に示す形状になるように表３に示す長さで加工したこと以外は、実施例１と同様にして永久磁石を作製し、表面磁束密度分布を測定した。なお、全く加工しなかったものを比較例２の永久磁石とした。実施例１に記載の方法で、表面磁束密度分布を測定し、最大磁束密度Ｂｍａｘと中央部付近の最小磁束密度Ｂｍｉｎの比を計算した。その結果を、表３に示す。

両端部を加工していない比較例１および比較例２の永久磁石は、中央部付近の最小磁束密度Ｂｍｉｎ対する最大磁束密度Ｂｍａｘが高い値となった。一方、両端部を加工して、最端部における磁化方向に対して平行な方向の最大長さＨｅをＨｍより小さくした実施例１〜９の永久磁石では、中央部付近の最小磁束密度Ｂｍｉｎ対する最大磁束密度Ｂｍａｘが小さく、磁束密度のバラツキが小さくなった。

本発明の永久磁石は、永久磁石の最端部における磁化方向に対して平行な方向の最大長さＨｅは、長手方向の略中央部における磁化方向に対して平行な方向の最大長さＨｍより小さいため、中央部付近の磁束密度に対する磁束密度の最大値が小さく、近接センサ等の用途に好ましく適用することができる。

１：作用面
Ｈｍ：磁化方向に対して平行な方向の最大長さ
Ｈｅ：磁化方向に対して平行な方向の作用面からの最大長さ
Ｌｅ：磁化方向に対して垂直な方向の最大長さ
Ｗ：磁化方向に垂直な幅方向の最大長さＷ

Claims

長手方向に対して垂直な方向が磁化方向である永久磁石であって、
前記長手方向の略中央部における磁化方向に対して平行な方向の最大長さＨｍが、１ｍｍ以上であり、磁化方向に対して垂直な方向の最大長さＬｅより小さく、
永久磁石の最端部における磁化方向に対して平行な方向の作用面からの最大長さＨｅは、Ｈｍより小さい永久磁石。
永久磁石における磁化方向に対して平行な断面の最大長さが、略中央部側から端部近傍側に向かって段階的に小さくなっている請求項１に記載の永久磁石。
永久磁石における磁化方向に対して平行な断面の最大長さが、略中央部側から端部近傍側に向かって階段状に小さくなっている請求項２に記載の永久磁石。
永久磁石における磁化方向に対して平行な断面の最大長さが、略中央部側から端部近傍側に向かってスロープ状に小さくなっている請求項２に記載の永久磁石。
永久磁石における磁化方向に対して平行な断面の最大長さが、略中央部側から端部近傍側に向かって単調減少している請求項２に記載の永久磁石。
略中央部における長手方向に対して垂直な断面が、多角形である請求項１〜５のいずれか１項に記載の永久磁石。
中心部近傍の最小磁束密度Ｂｍｉｎに対する最大磁束密度Ｂｍａｘが、１倍以上１．０７倍以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の永久磁石。