JP2500270Y2 - 多極異方性円筒状または中実円柱状磁石成形用金型 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、強磁性粉末を主体とす
る混練物を磁場中で成形し、多極異方性円筒状または中
実円柱状磁石を製造する際に用いる金型に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、複写機のマグネットロールやモー
タのロータ等において益々多数の磁極を有するものが提
供されてきた。特にステッピング・モータのロータ等は
ステップ角を正確に調節するために極めて多数の磁極を
有することが要求されている。このような多極異方性円
筒状磁石は（イ）強磁性粉末とバインダーと溶媒との湿
式スラリーを磁場中でプレス成形し、焼結後着磁する
か、（ロ）強磁性粉末と樹脂との混練物を金型キャビテ
ィ内に射出し、溶融中に磁場をかけて異方性化し、しか
る後着磁することにより作製される。後者の方法は、焼
結の必要がなく、成形後ほとんど機械加工を必要としな
いので、益々注目されている。

【０００３】異方性を有する円筒状磁石の製造方法につ
いては種々の提案がなされている。例えば特開昭57−17
0501号公報では、磁性粉・樹脂混練組成物を非磁性体領
域と磁性体領域からなる型に押し出してロール状又はパ
イプ状に成形する際に、磁気ブラシ用ロールとして着磁
すべき極と同じ場所に外部から電磁石等で磁界を加えて
磁束線を発生させ、溶融状態にある樹脂に配合されてい
る磁性粒子の磁化容易軸を磁束線の向きに配向させるこ
とを開示している。この場合、磁石ロールの着磁場所に
当接する磁性体（ヨーク）の半径方向外方に電磁石が設
けられる構造であるので、着磁極数が多くなると電磁石
の数も多くなり、金型の構造は極めて複雑になる。従っ
て、着磁極数は実際上あまり多くすることはできない。

【０００４】特開昭56-69805号公報では、周囲に複数の
永久磁石を埋設した金型のキャビティに高分子化合物と
強磁性粉末との混合物を射出し、異方性プラスチック磁
石を製造する方法を開示している。しかし、磁極数が多
くなると磁場配向用永久磁石の間隔は狭まり、磁束の漏
洩により配向力は急速に弱まる。着磁装置として多数の
磁気ヨークに励磁コイルを巻回し、励磁コイルの磁束の
漏洩を防止するために各磁気ヨーク間に永久磁石を設け
たものが特公昭54−80号公報に開示されている。このよ
うな構造とすることによりキャビティ内の着磁磁場は増
大したが、各磁気ヨークに励磁コイルが巻回されている
ため、構造が複雑であり、実際上ヨークの数をあまり多
くすることはできない。

【０００５】特開昭56−114309号公報では円筒状キャビ
ティの軸線両側に一対の電磁石を設けた金型を開示して
いる。キャビティ内には強磁性粉末と合成樹脂との混合
物が射出される。電磁石により周極性の相対向する磁束
が発生し、キャビティ中央で衝突してキャビティの半径
方向の磁束となる。これにより強磁性体粉末混合物は半
径方向に異方性化される。成形体は次いで多数の磁極を
有するように着磁される。しかしながら、この方法では
多極異方化が成形中に行われるわけではない。

【０００６】また特開昭61−125010号公報では、図１〜
図３に示すように、金型の円筒状キャビティの周囲に多
数の永久磁石を配置して円筒状キャビティの表面に交互
にＮ極とＳ極とを有する多極静磁物を形成することによ
り、円筒状キャビティ内に強磁性粉末を主体とする混練
物を注入して異方化成形を行う金型を開示している。こ
こで、キャビティを取り囲む環状体において、永久磁石
は隣接対向する磁極が同極性となるようにヨークを介し
て配置されている。例えば永久磁石１ａ、１ｂに注目す
ると、その間のヨーク２ａにはいずれもＮ極が接してい
るので、磁束は矢印Ａのように流れ、ヨーク２ａの先端
はＮ極となる。同様の原理により、隣のヨーク２ｂの先
端はＳ極となる。このようにして、ヨーク２ａ、２ｂ、
２ｃ、…の先端には、Ｎ、Ｓ、Ｎ、…のように交互に反
対の磁極が現れる。この永久磁石による交互の磁極によ
り、キャビティ10の表面に多極静磁場が形成される。

【０００７】ところで、この従来技術においては、永久
磁石１の形状が、図３に示すように、永久磁石が直方体
（断面図では長方形）であるので、隣接する永久磁石の
間隔が内側と外側で大きく異なり、外側の方が内側より
磁束が通りやすいため、また対向して発した磁力線のベ
クトルの和の向きがわずかに外側を向いているため、対
向して発した磁力線の大部分は外側へ抜けていってしま
い、内側にはわずかしか向かない。

【０００８】その結果、該金型内部に及ぼされる磁場の
磁束密度は小さくなり配向度も低下し、多極異方性円筒
状磁石の表面磁束密度の充分な向上は達成できなかっ
た。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】本考案は、多極異方性
円筒状または中実円柱状磁石の成形用キャビティの周り
に入駒として多数の永久磁石をヨークを介して対向する
磁極が同極となるように環状に組み込んだ金型におい
て、永久磁石の磁力線の流れを従来より効率的に利用で
きる多極異方性円筒状または中実円柱状磁石成形用金型
を提案することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本考案は、多極異方性円
筒状または中実円柱状磁石の成形用キャビティの周りに
多数の永久磁石をヨークを介して対向する磁極が同極と
なるように環状に組み込んだ金型において、配置してあ
る永久磁石の数が24、26又は28で、該永久磁石の最内周
と該最内周を構成する円の中心点との距離をｆ、該永久
磁石の最外周と該中心点との距離をｅとし、該永久磁石
の最内周円における該永久磁石の占める該中心点からの
視角をａ(deg) 、同じく該永久磁石相互間の占める該中
心点からの視角をｂ(deg) 、該永久磁石の最外周円にお
ける該永久磁石の占める該中心点からの視角をｃ(deg)
、同じく該永久磁石相互間の占める該中心点からの視
角をｄ(deg) としたとき、ａ／ｂ＝ 0.6〜0.7 、ｃ／ｄ
＝ 2.4〜9.0 かつ、ｅ／ｆ＝1.6〜1.8 に規制したこと
を特徴とする多極異方性円筒状または中実円柱状磁石成
形用金型である。

【００１１】

【作 用】本考案者は、永久磁石の形状について種々検
討し、本考案に到達した。図４は図１の金型のＡＡ断面
図の１／４を示すものであり、永久磁石１の形状は、図
３に示す従来のものと同じ直方体（断面図では長方形）
である。この場合は前述したように磁力線の大部分は外
側に抜けてしまい、内側にはわずかしか向かない。

【００１２】それに対して、図５のように、隣接する永
久磁石の間隔について、内側の距離の方が外側のそれよ
り大きくなるようにすると、以上と逆の現象から、内側
へ向く磁力線が外側へ抜けるそれよりも大きくなること
を本考案者らは見出した。そこで、内側に向く磁力線の
割合を増やすには、図５の傾向をさらに一層進めていけ
ばよいが、この場合、注意しなくてはならないことは、 （１）（主として内側の隙間に関して）磁束が飽和しす
ぎない間隔にすること、 （２）（主として内側付近の永久磁石に関して）パーミ
アンス係数から見た、形状による磁力線発生状況が低下
しすぎない形状にすること、 （３）（外側の隙間に関して）ヨークの材料強度が十分
な程度の隣接距離を維持すること、である。

【００１３】この（１）、（２）、（３）を考慮して、
内側に向く磁力線の絶対値を最大にする形状を決定した
ものが本考案の多極異方性円筒状または中実円柱状磁石
成形用金型である。本考案では、対象とする金型の特に
永久磁石の数を24、26又は28に、また該永久磁石の最内
周と該最内周を構成する円の中心点の距離をｆ、該永久
磁石の最外周と該中心点との距離をｅとし、ｅ／ｆ＝
1.6〜1.8 に限定した。それは上記の範囲において、最
大表面磁束密度に及ぼす磁石形状及び配置の影響が特に
大きいからである。そしてこのとき、図６に示すように
該永久磁石の最内周円における該永久磁石の占める該中
心点からの視角をａ(deg) 、同じく該永久磁石相互間の
占める該中心点からの視角をｂ(deg) 、該永久磁石の最
外周円における該永久磁石の占める該中心点からの視角
をｃ(deg) 、同じく該永久磁石相互間の占める該中心点
からの視角をｄ(deg) と定義したとき、ａ／ｂ＝ 0.6〜
0.7 、かつｃ／ｄ＝ 2.4〜9.0 の範囲に規制し、図７に
示すような台形形状の永久磁石を用いると内側に向く磁
力線の絶対値がほぼ最大になることを実験により見出し
た。

【００１４】なお、図６は本考案の一例を示す金型の部
分断面図である。この時の永久磁石１ａ、１ｂ、１ｃの
形状は、外周付近においては永久磁石相互間の隣接距離
に依存し、該隣接距離の最小値はヨーク２ａ、２ｂ、２
ｃ、…の通常必要とされる材料強度に拘束される。この
場合、外周付近の隣接幅はヨークの材料強度が許す限り
小さいことが磁束を外側に行きにくくする上で望まし
い。

【００１５】一方内周付近の隣接幅はヨーク２ａ、２
ｂ、２ｃ、…の透磁率、飽和量と該永久磁石１ａ、１
ｂ、１ｃ、…のパーミアンス係数から決定される磁束の
大きさとに拘束される。即ちこの場合、内周付近の隣接
距離は外周側よりも磁力線を通しやすくするためにはで
きる限り大きいことが望ましいが、あまり大きすぎると
該永久磁石の出す磁束が小さくなってしまうという問題
が生じる。その結果、内側に向かう磁束の効率を最大に
するための具体的な形状としては（永久磁石の数ｎ、ｅ
／ｆ等、個々の場合の条件で各々異なるが）、概ね図８
のような形状｛即ちｎ＝24〜28（極）、ｅ／ｆ＝ 1.6〜
1.8 である形状条件の金型においては、ａ／ｂ＝ 0.6〜
0.7 、ｃ／ｄ＝ 2.4〜9.0 の範囲でａ〜ｄを決定し、直
線で結んだ形状｝となる。なお、図９は本考案の一実施
例を示す断面図であり、図３との比較において本考案の
特徴を明瞭に示すために掲げた。

【００１６】次に、本考案の金型を用いた多極異方性円
筒状磁石の成形方法について述べる。本考案の金型を用
いた望ましい実施例においては、十分なる配向を行うた
めに3000 Oe以上の磁場強度が必要となる。このため永
久磁石は、極めて多数の磁極を小さな間隔で磁石表面に
形成するために、高い残留磁束密度を有する必要があ
る。このためにサマリウム・コバルト磁石、ネオジウム
・鉄・ホウ素磁石等の希土類磁石が好ましい。

【００１７】図１の装置は複合磁石の射出成形に特に適
する。かかる射出成形は以下のように行うことができ
る。まず磁性粉と樹脂との混練物を約 250℃〜約350 ℃
の温度及び約 600kg／cm²〜約1000kg／cm² の圧力でノ
ズル口16より注入し、スプルー18、ランナー20、22を経
て円筒状キャビティ内に射出する。

【００１８】異方化成形した複合磁石は、冷却後可動型
４を上方に移動し、シリンダーのピストン（図示せず）
によりロッド38を押し上げて突出しピン34を上昇させる
ことにより、コア８より離脱させ、回収することができ
る。引き続き突出しピン34を元の位置に戻し、可動型４
を環状体６と接触するまで上昇させることにより円筒状
キャビティ10を復活させ、次の成形サイクルを行う。得
られた複合磁石成形体は必要に応じて外径を所定の寸法
に加工し、異方性方向と同一方向に着磁する。

【００１９】上記複合磁石の成形の場合、磁性粉として
BaフェライトやSrフェライト等のフェライトの粉末、ア
ルニコ磁石粉末、Fe−Cr−Co系磁石粉末、Nb−Fe系磁石
粉末、希土類コバルト磁石粉末等を使用することができ
る。樹脂として、スチレン−ブタジエン・コポリマー、
エチレン・酢酸ビニル・コポリマー、ポリエチレン、ポ
リアミド等の熱可塑性樹脂を使用することができる。磁
性粉と樹脂との配合比は、磁気特性の点から、60重量％
以上の必要があるが、90％を超えると成形が困難とな
る。成形性を改善するために、ポリエチレン、ステアリ
ン酸カルシウム等の滑剤を少量（数重量％）添加しても
よい。また、磁性粉末と樹脂との濡れ性を改善するため
に、有機ケイ素化合物、有機チタネート化合物等で磁性
粉末を被覆することもできる。

【００２０】本考案は上記複合磁石の射出成形の他に、
押出成形や、フェライト等の湿式成形にも適用可能であ
る。本考案の金型の効果を確認するために以下の比較実
験を行った。平均粒度 1.2μｍのフェライト粒子（ SrO
・６Fe₂O₃ ）7.65kgに1.35kgのナイロン12（宇部興産製
3014ｕ）を加え、ヘンシェルミキサーで予備混合した後
２軸押出機を用いて 235℃の温度で混練しホットカット
を行いペレットを作成した。

【００２１】このペレットを図１に示す金型を備えた射
出成形機に投入し、 290℃の温度、800kg／cm² の圧力
で80℃に加熱した金型内のキャビティ10に射出しついで
冷却固化した。キャビティ内の寸法は内径半径23mm、外
径半径26mm、高さ20mmであった。多極静磁場発生用の永
久磁石はサマリウム・コバルト磁石（日立金属製Ｈ−22
Ａ）であり、 Br 9000Ｇ、 _IＨ_C 20000 Oeでありヨーク
にはＳＳ41の軟鉄を用いた。本実施例では24個の永久磁
石を使用したので、多極静磁場キャビティ10の表面に12
個のＮ極と12個のＳ極とを相互に有するものであった。
そして、24個の永久磁石が配置されている二つの同心円
で挟まれた部分の最外周半径を47mm、最内周半径を27mm
とし、即ちこの時ｅ／ｆ＝1.74で一定として、かつ水平
断面図に占める永久磁石の断面積の総和を一定とした条
件の下で、図４、図７、図８、図５の４つのタイプにつ
いて比較実験を行った。ここで図７は、該永久磁石の辺
（対向面）が中心（軸）を含んでいるように、即ち放射
状にしたものを示す図であり、図８は隣接する永久磁石
の間隔が内側と外側で等しくしたものを示す図である。

【００２２】永久磁石相互の位置関係は表１に示す通り
とした。これらの金型により成形された異方性円筒状複
合磁石を、次に24極の磁極を有するコイル式の公知の構
造の着磁装置に入れ、 8000 Oeの磁場で着磁処理した。
得られた磁石の最大表面磁束密度分布の測定結果を図10
に示す。これによると、本考案の金型である図５タイプ
（１）により成形された異方性円筒状複合磁石の最大表
面磁束密度が従来の図４タイプや比較例の図７タイプ及
び図８タイプ、図５タイプ（２）より優れていることが
わかる。なお図５タイプ（１）の最大表面磁束密度は15
30Ｇである。

【００２３】

【表１】

【００２４】以上、本考案を具体的に説明したが、本考
案はそれに限定されるものではなく、本考案の精神を逸
脱することなく種々の変更を加えることができる。例え
ば、キャビティ10は実施例においては完全に円筒状であ
るが、磁石の用途に応じ半円筒状のように不完全な円筒
でも可能である。また、同じく磁石の用途に応じ内径が
０mmの完全に中実な円柱状においても本考案は成立し得
る。そこで、本明細書において使用する用語「円筒状」
を、完全な円筒または円柱だけでなく、半円筒状または
半円柱状のような不完全な円筒状または円柱状も含むも
のと定義する。

【００２５】

【考案の効果】以上に述べた通り、本考案の装置は、成
形キャビティの周囲に多数の形状を工夫した永久磁石を
成形キャビティの表面に交互にＮ極とＳ極が現出するよ
うに軟磁性体ヨークを挟んで設けているので、極めて強
力な多極静磁場をキャビティ表面に形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案が係る射出成形金型装置の縦断面図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図２の部分拡大図である。

【図４】従来の永久磁石形状配置を具体的に示した説明
図である。

【図５】本考案の永久磁石形状配置を具体的に示した説
明図である。

【図６】本考案の形状条件を決定する寸法、角度の位置
を示した説明図である。

【図７】本考案の永久磁石形状配置を具体的に示した説
明図である。

【図８】本考案の永久磁石形状配置を具体的に示した説
明図である。

【図９】本考案の一実施例を示す断面図である。

【図10】永久磁石の形状配置と最大表面磁束密度との関
係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 永久磁石 ２ ヨーク ６ 環状体 ７ バックアップ部材 10 キャビティ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 来島 愼一 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株 式会社 技術研究本部内 (72)考案者 中塚 哲 東京都千代田区内幸町２丁目２番３号 日比谷国際ビル 川崎製鉄株式会社 東 京本社内 (72)考案者 沢 孝一郎 神奈川県横浜市港北区日吉３−14−１ 慶応義塾大学理工学部 (56)参考文献 特開 平２−213108（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−247512（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 多極異方性円筒状または中実円柱状磁石
   の成形用キャビティの周りに多数の永久磁石をヨークを
   介して対向する磁極が同極となるように環状に組み込ん
   だ金型において、配置してある永久磁石の数が24、26又
   は28で、該永久磁石の最内周と該最内周を構成する円の
   中心点との距離をｆ、該永久磁石の最外周と該中心点と
   の距離をｅとし、該永久磁石の最内周円における該永久
   磁石の占める該中心点からの視角をａ(deg) 、同じく該
   永久磁石相互間の占める該中心点からの視角をｂ(deg)
   、該永久磁石の最外周円における該永久磁石の占める
   該中心点からの視角をｃ(deg) 、同じく該永久磁石相互
   間の占める該中心点からの視角をｄ(deg) としたとき、
   ａ／ｂ＝ 0.6〜0.7 、ｃ／ｄ＝ 2.4〜9.0 かつ、ｅ／ｆ
   ＝ 1.6〜1.8 に規制したことを特徴とする多極異方性円
   筒状または中実円柱状磁石成形用金型。