JP3702036B2 - 異方性樹脂磁石の製造方法および製造用金型 - Google Patents
異方性樹脂磁石の製造方法および製造用金型 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モーターや各種メーター、レンズ、カメラ用シャッターユニット等に用いられる異方性樹脂磁石の製造方法およびその製造方法に用いられる金型に関し、特に配向磁場の発生方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂で結合した磁性粉末を有する磁石を成形する場合、磁気特性を向上させるために磁場を印加し、磁性粉を異方性化する必要がある。磁場の発生方式としては、成形機もしくは金型内にコイルを設置する電磁石方式、および金型内に永久磁石を設置する永久磁石方式が知られている。
【０００３】
しかし上記従来例での電磁石方式では、磁場を発生させるための電源、コイル等が必要となり、設備費がかかり、また極異方性配向など多極の配向は困難である。永久磁石方式は金型内に永久磁石を設置するため、電源等を必要とせず設備費の削減は可能であり、また、極異方性配向など多極の配向も可能であるが、磁場の強さが弱く充分な配向ができなかった。
【０００４】
図２５に従来の永久磁石方式に用いられる金型のキャビティと永久磁石との配置を示す。図２６には図２５のキャビティ部の断面図を示す。永久磁石２による磁場の中にキャビティ１は形成されている。磁性粉が混合された樹脂を溶融して金型に注入すると、ランナー６、２次スプール７を通ってキャビティ１に充填され、その状態で凝固させると磁場の方向に磁気配向した磁性粉末が樹脂で結合された磁石が成形される。なお、４は磁束線であり、５は可動側型板であり、８は固定側型板である。従来の金型を用いた場合には、キャビティ１に印加される磁束密度は永久磁石２の強さで決定されるため、磁束密度の強さに限界があった。特に磁性粉として保磁力の大きな希土類系の磁性粉を用いた場合、その配向は困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の問題点を解決し、永久磁石方式の利点を生かし、配向磁場の大きさを大幅に向上させることができる、異方性樹脂磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、配向磁場の大きさを大幅に向上させることができ、磁性粉として希土類系の磁性粉を用いたとしても配向可能である、異方性樹脂磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
更にまた、本発明は、異方性樹脂磁石を製造するために用いられる配向磁場の大きな金型を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による異方性樹脂磁石製造用金型は、磁性粉が混合された溶融樹脂が充填されるキャビティを中心にして対称的に配置され、それぞれ前記キャビティに対向する一面を有する複数の強磁性体磁極と、該複数の強磁性体磁極の前記一面を除く４つ以上の面に接し、かつ同一の磁極に対して同じ極を向けて配置された複数の永久磁石とからなり、２つ以上の該強磁性体磁極に共有されている永久磁石以外の永久磁石の少なくとも１つを強磁性体磁石の面に沿って平行移動して磁束の一部を逃し、任意のひとつの磁極の磁力を変化させることが可能である磁束発生部を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の異方性樹脂磁石製造用金型においては、強磁性体磁極が三角柱状の磁極であることが好ましい。また、強磁性体磁極が四角柱状の磁極であることが好ましい。
【００１０】
本発明の異方性樹脂磁石製造用金型においては、永久磁石の少なくとも１つが移動可能であることが更に好ましい。
【００１１】
本発明の異方性樹脂磁石の製造方法は、磁性粉が混合された溶融樹脂が充填されるキャビティを中心にして対称的に配置され、それぞれ前記キャビティに対向する一面を有する複数の強磁性体磁極と、該複数の強磁性体磁極の前記一面を除く４つ以上の面に接し、かつ同一の磁極に対して同じ極を向けて配置された複数の永久磁石とからなり、２つ以上の該強磁性体磁極に共有されている永久磁石以外の永久磁石の少なくとも１つを強磁性体磁極の面に沿って平行移動して磁束の一部を逃すことが可能である磁束発生部を有する金型内に、磁性粉が混合された溶融樹脂を充填して、永久磁石の少なくとも１つを移動させて磁束の一部を逃すことにより永久磁石を移動させた磁極の磁力を変化させて磁場の強さを調整した前記磁束発生部による磁場の中で前記磁性粉を異方性化配向しつつ前記溶融樹脂を凝固させて成型品を形成することを特徴とする。
【００１２】
本発明の異方性樹脂磁石の製造方法においては、永久磁石の少なくとも１つを移動させて磁場の強さを調整することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は例えば図１および図２に示す金型を用いて実施することができる。図１は金型の断面図であり、図２は、図１の金型における可動側型板５の上面図である。金型上部には注入口を定めるためロケートリング３ａが設けられており、その下には１次スプール３を固定するためのスプールブッシュ３ｂが設けられている。磁性粉が混合された樹脂を溶融して注入口から金型に注入し、１次スプール３、ランナー６および２次スプール７を通してキャビティ１に充填する。キャビティ１は永久磁石２Ａ１、２Ａ２、９Ａ、１０Ａおよび強磁性体磁極１２Ａから成る磁束発生部と永久磁石２Ｂ１、２Ｂ２、９Ｂ、１０Ｂおよび強磁性体磁極１２Ｂから成る磁束発生部とによる磁場の中に設置されている。溶融された磁性粉混合樹脂をキャビティ内で冷却固化し成型品を形成する際に磁性粉は磁束発生部による磁場によって異方性化配向される。異方性樹脂磁石が成形されると可動側型板５を平行移動させて、成形品をエジェクターピン１１で突き出す。
【００１４】
金型には上部に固定側取付板３ｃ、ストリッパープレート３ｆ、固定側型板８および可動側型板５が設置されており、その下に受板３ｇが設置されている。これらはブッシュ３ｅにはめ込まれたサポートピン３ｄで固定されている。受板と可動側取付板３ｊとの間にはスペーサーブロック３ｈが設けられており、可動側取付板の上にはエジェクタープレート３ｉが設けられている。
【００１５】
ここで本発明の金型に搭載される磁束発生部について詳しく説明する。
【００１６】
図３は２極横磁場配向方式の金型のキャビティと永久磁石および強磁性体の配置を表した可動側型板５の上面図であり、本発明の特徴を最もよく表した図の１つである。図４は２極横磁場配向方式の金型のキャビティ部の断面図である。磁性粉が混合された樹脂は溶融されランナー６を流れ、ランナーとキャビティとをつなぐ２次スプール７を通りキャビティ１に充填される。キャビティは非磁性の可動側型板５に形成されており、キャビティ内で成形された異方性樹脂磁石をエジェクターピン１１で突いて金型から押し出すため可動側型板は平行移動できるようになっている。非磁性材でつくられた固定側型板８は可動側型板の上に設置されており、永久磁石９Ａ，９Ｂは、三角柱状の強磁性体磁極１２Ａおよび１２Ｂに接するように固定側型板８に埋め込まれている。強磁性体磁極１２Ａ、１２Ｂの裏面に接して永久磁石１０Ａ、１０Ｂがそれぞれ埋め込まれている。
【００１７】
強磁性体磁極１２Ａのキャビティ１に対向する面以外の各面に接して、永久磁石２Ａ１、２Ａ２、９Ａ、１０Ａを同じ極が磁極１２Ａに向くように配設することにより、それぞれの永久磁石から発生した磁束をキャビティ１に対向する面に導く。キャビティ１に対して１８０°反転した位置に、異なる極方向で構成され同様に同極を磁極１２Ｂに向けた永久磁石２Ｂ１、２Ｂ２、９Ｂ、１０Ｂを強磁性体磁極１２Ｂに接して配置した磁束発生部を設けることにより、２極横磁場の配向磁場が形成される。ここで４は磁束線を表す。
【００１８】
また本発明は、例えば図５、図６に示すキャビティ部を有する金型を用いて実施することができる。図５は２極横磁場配向方式のキャビティと永久磁石および強磁性体磁極の配置を表した可動側型板５の上面図であり、図６は２極横磁場配向方式の図５のキャビティ部の断面図である。
【００１９】
ここで強磁性体磁極１２ａＡは６面体であり、その５面に接して永久磁石２Ａ１、２Ａ２、９Ａ、１０Ａ、１３Ａが配置されている。各永久磁石の磁極の向きは図３、図４の例と同様である。この例では永久磁石の数が図３、図４の場合よりも多い。このため図５、図６の金型は図３、図４の金型より高い磁束密度を発生でき、従って磁気配向のより大きな異方性樹脂磁石を製造できる。
【００２０】
本発明は、図７、図８に示すキャビティ部を有する金型を用いて実施することもできる。図７は８極極異方性配向方式のキャビティと永久磁石および強磁性体磁極の配置を表した可動側型板５の上面図である。図８には、図７のキャビティ部の断面図を示す。１５は非磁性体で作られたスリーブであり、１７Ｂ、１８Ｂは永久磁石であり、５は非磁性材で作られた可動側型板である。６面体の強磁性体磁極１６Ｂが８個、キャビティ１を中心にして対称的に配置され、それぞれの磁極の間に磁極に接して台形柱状の永久磁石１７Ｂが設けられている。強磁性体磁極１６Ｂの５面に接して永久磁石１７Ｂ、１８Ｂ、１９Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂが配置されている。各永久磁石の向きは図３、図４の例と同様である。永久磁石１７Ｂは隣同士の強磁性体磁極１６Ｂと１４Ｂに共有されており、これをＮ極、Ｓ極交互に設けることにより８極極異方性配向が可能となる。
【００２１】
永久磁石２３Ｂは固定側型板８に埋め込まれており、永久磁石１８Ｂ、２４Ｂは可動側型板５に埋め込まれている。永久磁石１７Ｂ、１８Ｂ、１９Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂから発生した磁束は、強磁性体磁極１６Ｂに導かれる。強磁性体磁極１６Ｂのキャビティ１に対向する面以外の他の面に、同極を同一の磁極に向けて永久磁石を配置することによって、永久磁石から発生する磁束をキャビティ１に対向する面に導いている。
【００２２】
図７の８極極異方性配向方式の金型を用いて形成された８極極異方性樹脂磁石は、従来の図２５の金型を用いた場合より磁束密度が約２倍高い磁場中で製造されるので、大きな磁気異方性をもたせることができる。
【００２３】
本発明は図９、図１０、図１１に示すキャビティ部を有する金型を用いて実施することもできる。図９は本発明の特徴を最もよく表す図面の１つである。図９は２極横磁場配向方式のキャビティと少なくとも１つの移動可能な永久磁石および強磁性体磁極の配置を表した図であり、図１０は移動後の永久磁石の位置を示した図である。また、図１１には図９で示されるキャビティ部の断面図を表す。
【００２４】
可動側型板５に永久磁石ホルダー２０Ｂが移動できる空間２１が設けられており、永久磁石ホルダーは強磁性体磁極１２ａＢの面に沿って平行移動できるようになっている。永久磁石ホルダー２０Ｂには永久磁石１３Ｂが埋め込まれている。永久磁石１３Ｂを保持した永久磁石ホルダーを移動させると、磁束線４の逃げ道を作ることになる。これによりキャビティに接する面からの磁束発生量を連続的に変化させることができる。なお、本発明においては、永久磁石１３Ｂの代わりに永久磁石９Ｂまたは１０Ｂが移動可能となっていて、磁束線の逃げ道を作れるようになっていてもよい。
【００２５】
本発明は図１２、図１３、図１４の２極横磁場配向のキャビティ部を有する金型を用いて実施することができる。図１２は２極横磁場配向のキャビティと少なくとも１つの移動可能な永久磁石および強磁性体の配置を示す図であり、図１３は図１２のキャビティ部の断面図を表したものである。図１４は永久磁石ホルダーに保持された永久磁石を移動した後の永久磁石の位置を表した図である。可動側型板に埋め込まれた永久磁石の代わりに固定側型板に埋め込まれた永久磁石９Ｂが移動可能となっている以外は図９、図１０、図１１と同様である。すなわち、固定側型板８に永久磁石ホルダー２０Ｂが移動できる空間２１が設けられており、永久磁石ホルダーは強磁性体磁極１２Ｂの面上を平行移動できるようになっている。なお、２２は漏れ磁束線である。
【００２６】
本発明は図１５、図１６の、８極極異方性配向用のキャビティ部を有する金型を用いて実施することもできる。図１５は８極極異方性配向のキャビティ、少なくとも１つの移動可能な永久磁石および強磁性体の配置を示す図であり、図１６は図１５のキャビティ部の断面図である。
【００２７】
図１２、図１３、図１４の場合と同様に固定側型板８に埋め込まれた永久磁石２３Ｂが移動可能となっている。すなわち固定側型板８に永久磁石２３Ｂを保持した永久磁石ホルダー２０Ｂが移動できる空間２１が設けられており、永久磁石ホルダーは強磁性体磁極１６Ｂの面上を平行移動できるようになっている。極それぞれで、永久磁石２３Ｂのような移動可能な永久磁石の移動量を変えることにより、極間の磁束調整をすることができる。これによりキャビティに接する面からの磁束発生量の調整が図１２、図１３、図１４の場合より更に容易になる。
【００２８】
本発明に用いられる磁性粉としては、フェライト系およびＳｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等のような希土類系の磁性粉があげられる。
【００２９】
本発明に用いられる樹脂としては、熱可塑性樹脂が挙げられる。例えば、ポリアミドが好ましく用いられる。
【００３０】
本発明の金型に用いられる永久磁石としては、最大エネルギー積２０ＭＧＯｅ上のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石または最大エネルギー積２０ＭＧＯｅ以上のＳｍＣｏ系焼結磁石が挙げられる。
【００３１】
本発明の金型に用いられる強磁性体磁極としては、飽和磁束密度が大きい高透磁率の強磁性材料が好ましく、例えば純鉄、ケイ素鋼板、鉄コバルト合金等が挙げられる。
【００３２】
【実施例】
以下に実施例および比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３３】
実施例１
磁性粉としてフェライト系、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系およびＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系の磁性粉のいずれか１つと、ポリアミドとを混合して４種類の樹脂磁石原料を用意した。これらの磁性粉が混合されたポリアミドをそれぞれ溶融し、図３、図４に示した金型のキャビティに充填して、４種類の異方性樹脂磁石を形成した。ただし、金型の永久磁石は最大エネルギー積３５ＭＧＯｅの材料を使用したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用い、強磁性体磁極には鋼材の強度も考慮して飽和磁束密度が１５０００Ｏｅのプレハードン鋼を用いた。
【００３４】
実施例２
実施例１において、キャビティ、永久磁石、強磁性体磁極を図３のものの代わりに図５のものを用いた以外は同様にして４種類の異方性樹脂磁石を形成した。
【００３５】
実施例３
実施例１において、キャビティ、永久磁石、強磁性体磁極を図３のものの代わりに図７のものを用いた以外は同様にして４種類の異方性樹脂磁石を形成した。
実施例４
実施例１において、キャビティ、永久磁石、強磁性体磁極を図３のものの代わりに図９のものを用いた以外は同様にして４種類の異方性樹脂磁石を形成した。
【００３６】
実施例５
実施例１において、キャビティ、永久磁石、強磁性体磁極を図３のものの代わりに図１５のものを用いた以外は同様にして４種類の異方性樹脂磁石を形成した。
【００３７】
比較例１
実施例１において、磁極を使用しない従来例の図２５のキャビティ、永久磁石を用いた以外は同様にして４種類の異方性樹脂磁石を形成した。
【００３８】
比較例２
実施例１において、図３の強磁性体磁極の代わりに、例えば銅のような弱磁性体磁極を用いた以外は同様にして４種類の異方性樹脂磁石を形成した。
【００３９】
図１７に永久磁石２Ａ１、２Ａ２、２Ｂ１、２Ｂ２、強磁性体磁極１２Ａ、１２Ｂおよびキャビティ１を有する図６で表される金型のキャビティ部の２極横磁場の配向状態を示す。ここで４は磁束線を表し、４ａは磁粉を表す。成型品の着磁状態を図１８に、成型品の表面磁束密度の分布状態を図１９に示す。図１９からこの樹脂磁石が２軸配向に着磁されていることが分かる。また、図２０および図２１に本発明による実施例１の条件での磁束線図を示し、図２２および図２３に強磁性体磁極の代わりに弱磁性体磁極を配設した比較例２による磁束線図を示す。ただし、ここでｘ−ｙ平面とは、図２の金型において左右方向をｙ方向とし、上下方向をｘ方向として、ｘ方向およびｙ方向を含む平面を言う。また、ｙ−ｚ平面とは、ｘ−ｙ平面に垂直な方向すなわち重力方向をｚ方向とし、ｘ方向およびｚ方向を含む平面を言う。図２０〜図２４から、永久磁石に本発明に従って強磁性体の磁極を配置すると磁束が非常に密になることがわかった。
【００４０】
図２４に従来例の比較例１による場合、比較例２による場合、実施例１による場合の磁束密度の分布を示した。これによれば、強磁性体を用いた実施例１の磁束密度は、強磁性体を全く用いない比較例１や弱磁性体を用いた比較例２に比べてはるかに高い磁束密度が得られることが分かった。
【００４１】
図７の金型を用いて形成された異方性樹脂磁石は磁石外形６ｍｍの場合、キャビティ・センターで磁束密度を測定すると１テスラ以上の磁束密度があった。従来の図２５、図２６のキャビティ（最大エネルギー積３５ＭＧＯｅの永久磁石を使用）を用いて形成された樹脂の磁束密度はキャビティ・センターで５０００ＧＡＵＳＳ程度であった。これから本発明により形成された異方性樹脂磁石は大きな配向磁場を得ることができることがわかった。すなわち本発明によれば、充分に磁性粉の異方性化がなされ磁石の磁気特性の向上を図ることができた。また、希土類系磁性粉を用いても配向率の向上を図ることができた。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、安価な永久磁石を利用することにより、充分に磁性粉の異方性化がなされ異方性樹脂磁石の磁気特性の向上と安定化が図れた。
【００４３】
また、配向が困難な希土類系樹脂磁石においても配向率の向上が図れ磁気特性の向上が図れた。
【００４４】
安価な永久磁石を利用することにより、従来よりも大幅に強い配向磁場が得られ、また永久磁石方式では困難であった配向磁場の強さが調整可能となり異方性樹脂磁石の磁気特性の向上と安定化が図れた。また、この方式では、配向磁場の強さを、それぞれの磁極位置で調整できるために多極異方性配向でのそれぞれの極での磁力を可変でき磁極内でのバラツキを改善することができた。また、任意の極を強くしたり、弱くしたりすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金型の断面図である。
【図２】本発明の金型の可動側型板の上面図である。
【図３】２極配向の金型のキャビティと永久磁石および強磁性体の配置を示す線図である。
【図４】図３のキャビティ部の断面図である。
【図５】２極配向の金型のキャビティと永久磁石および強磁性体の配置を示す線図である。
【図６】図５のキャビティ部の断面図である。
【図７】８極配向の金型のキャビティと永久磁石および強磁性体の配置を示す線図である。
【図８】図７のキャビティ部の断面図である。
【図９】２極配向の金型のキャビティと永久磁石および強磁性体の配置を示す線図である。
【図１０】図９において、永久磁石を移動した後のキャビティと永久磁石および強磁性体の配置を示す線図である。
【図１１】図９のキャビティ部の断面図である。
【図１２】２極配向の金型のキャビティと永久磁石および強磁性体の配置を示した線図である。
【図１３】図１２のキャビティ部の断面図である。
【図１４】図１２において、永久磁石を移動した後のキャビティ部の断面図である。
【図１５】８極配向の金型のキャビティと永久磁石および強磁性体の配置を示す線図である。
【図１６】図１５のキャビティ部の断面図である。
【図１７】２極配向の磁場状態を表す線図である。
【図１８】異方性樹脂磁石成型品の着磁状態を表す線図である。
【図１９】異方性樹脂磁石の表面磁束密度の分布状態を表す線図である。
【図２０】図３のキャビティ部のｘ−ｙ平面における磁束線の計算値を示した線図である。
【図２１】図３のキャビティ部のｙ−ｚ平面における磁束線の計算値を示した線図である。
【図２２】図２５のキャビティ部のｘ−ｙ平面における磁束線の計算値を示した線図である。
【図２３】図２５のキャビティ部のｙ−ｚ平面における磁束線の計算値を示した線図である。
【図２４】キャビティ部のｙ方向の磁束密度分布を示す線図である。
【図２５】従来の金型のキャビティと永久磁石との配置を示す線図である。
【図２６】図５のキャビティ部の断面図である。
【符号の説明】
１ キャビティ
２Ａ１ 永久磁石
２Ａ２ 永久磁石
２Ｂ１ 永久磁石
２Ｂ２ 永久磁石
３ １次スプール
３ａ ロケートリング
３ｂ スプールブッシュ
３ｃ 固定側取付板
３ｄ サポートピン
３ｅ ブッシュ
３ｆ ストリッパープレート
３ｇ 受板
３ｈ スペーサーブロック
３ｉ エジェクタープレート
３ｊ 可動側取付板
４ 磁束線
４ａ 磁粉
５ 非磁性可動側型板
６ ランナー
７ ２次スプール
８ 非磁性固定側型板
９Ａ 永久磁石
９Ｂ 永久磁石
１０Ａ 永久磁石
１０Ｂ 永久磁石
１１ エジェクターピン
１２Ａ 強磁性体磁極
１２Ｂ 強磁性体磁極
１２ａＡ 強磁性体磁極
１２ａＢ 強磁性体磁極
１３Ａ 永久磁石
１３Ｂ 永久磁石
１４Ｂ 強磁性体磁極
１５ 非磁性スリーブ
１６Ｂ 強磁性体磁極
１７Ｂ 永久磁石
１８Ｂ 永久磁石
１９Ｂ 永久磁石
２０Ａ 永久磁石ホルダー
２０Ｂ 永久磁石ホルダー
２１ 永久磁石ホルダー移動用空間
２２ 漏れ磁束線
２３Ｂ 永久磁石
２４Ｂ 永久磁石
【発明の属する技術分野】
本発明は、モーターや各種メーター、レンズ、カメラ用シャッターユニット等に用いられる異方性樹脂磁石の製造方法およびその製造方法に用いられる金型に関し、特に配向磁場の発生方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂で結合した磁性粉末を有する磁石を成形する場合、磁気特性を向上させるために磁場を印加し、磁性粉を異方性化する必要がある。磁場の発生方式としては、成形機もしくは金型内にコイルを設置する電磁石方式、および金型内に永久磁石を設置する永久磁石方式が知られている。
【０００３】
しかし上記従来例での電磁石方式では、磁場を発生させるための電源、コイル等が必要となり、設備費がかかり、また極異方性配向など多極の配向は困難である。永久磁石方式は金型内に永久磁石を設置するため、電源等を必要とせず設備費の削減は可能であり、また、極異方性配向など多極の配向も可能であるが、磁場の強さが弱く充分な配向ができなかった。
【０００４】
図２５に従来の永久磁石方式に用いられる金型のキャビティと永久磁石との配置を示す。図２６には図２５のキャビティ部の断面図を示す。永久磁石２による磁場の中にキャビティ１は形成されている。磁性粉が混合された樹脂を溶融して金型に注入すると、ランナー６、２次スプール７を通ってキャビティ１に充填され、その状態で凝固させると磁場の方向に磁気配向した磁性粉末が樹脂で結合された磁石が成形される。なお、４は磁束線であり、５は可動側型板であり、８は固定側型板である。従来の金型を用いた場合には、キャビティ１に印加される磁束密度は永久磁石２の強さで決定されるため、磁束密度の強さに限界があった。特に磁性粉として保磁力の大きな希土類系の磁性粉を用いた場合、その配向は困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の問題点を解決し、永久磁石方式の利点を生かし、配向磁場の大きさを大幅に向上させることができる、異方性樹脂磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、配向磁場の大きさを大幅に向上させることができ、磁性粉として希土類系の磁性粉を用いたとしても配向可能である、異方性樹脂磁石の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
更にまた、本発明は、異方性樹脂磁石を製造するために用いられる配向磁場の大きな金型を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による異方性樹脂磁石製造用金型は、磁性粉が混合された溶融樹脂が充填されるキャビティを中心にして対称的に配置され、それぞれ前記キャビティに対向する一面を有する複数の強磁性体磁極と、該複数の強磁性体磁極の前記一面を除く４つ以上の面に接し、かつ同一の磁極に対して同じ極を向けて配置された複数の永久磁石とからなり、２つ以上の該強磁性体磁極に共有されている永久磁石以外の永久磁石の少なくとも１つを強磁性体磁石の面に沿って平行移動して磁束の一部を逃し、任意のひとつの磁極の磁力を変化させることが可能である磁束発生部を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の異方性樹脂磁石製造用金型においては、強磁性体磁極が三角柱状の磁極であることが好ましい。また、強磁性体磁極が四角柱状の磁極であることが好ましい。
【００１０】
本発明の異方性樹脂磁石製造用金型においては、永久磁石の少なくとも１つが移動可能であることが更に好ましい。
【００１１】
本発明の異方性樹脂磁石の製造方法は、磁性粉が混合された溶融樹脂が充填されるキャビティを中心にして対称的に配置され、それぞれ前記キャビティに対向する一面を有する複数の強磁性体磁極と、該複数の強磁性体磁極の前記一面を除く４つ以上の面に接し、かつ同一の磁極に対して同じ極を向けて配置された複数の永久磁石とからなり、２つ以上の該強磁性体磁極に共有されている永久磁石以外の永久磁石の少なくとも１つを強磁性体磁極の面に沿って平行移動して磁束の一部を逃すことが可能である磁束発生部を有する金型内に、磁性粉が混合された溶融樹脂を充填して、永久磁石の少なくとも１つを移動させて磁束の一部を逃すことにより永久磁石を移動させた磁極の磁力を変化させて磁場の強さを調整した前記磁束発生部による磁場の中で前記磁性粉を異方性化配向しつつ前記溶融樹脂を凝固させて成型品を形成することを特徴とする。
【００１２】
本発明の異方性樹脂磁石の製造方法においては、永久磁石の少なくとも１つを移動させて磁場の強さを調整することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は例えば図１および図２に示す金型を用いて実施することができる。図１は金型の断面図であり、図２は、図１の金型における可動側型板５の上面図である。金型上部には注入口を定めるためロケートリング３ａが設けられており、その下には１次スプール３を固定するためのスプールブッシュ３ｂが設けられている。磁性粉が混合された樹脂を溶融して注入口から金型に注入し、１次スプール３、ランナー６および２次スプール７を通してキャビティ１に充填する。キャビティ１は永久磁石２Ａ１、２Ａ２、９Ａ、１０Ａおよび強磁性体磁極１２Ａから成る磁束発生部と永久磁石２Ｂ１、２Ｂ２、９Ｂ、１０Ｂおよび強磁性体磁極１２Ｂから成る磁束発生部とによる磁場の中に設置されている。溶融された磁性粉混合樹脂をキャビティ内で冷却固化し成型品を形成する際に磁性粉は磁束発生部による磁場によって異方性化配向される。異方性樹脂磁石が成形されると可動側型板５を平行移動させて、成形品をエジェクターピン１１で突き出す。
【００１４】
金型には上部に固定側取付板３ｃ、ストリッパープレート３ｆ、固定側型板８および可動側型板５が設置されており、その下に受板３ｇが設置されている。これらはブッシュ３ｅにはめ込まれたサポートピン３ｄで固定されている。受板と可動側取付板３ｊとの間にはスペーサーブロック３ｈが設けられており、可動側取付板の上にはエジェクタープレート３ｉが設けられている。
【００１５】
ここで本発明の金型に搭載される磁束発生部について詳しく説明する。
【００１６】
図３は２極横磁場配向方式の金型のキャビティと永久磁石および強磁性体の配置を表した可動側型板５の上面図であり、本発明の特徴を最もよく表した図の１つである。図４は２極横磁場配向方式の金型のキャビティ部の断面図である。磁性粉が混合された樹脂は溶融されランナー６を流れ、ランナーとキャビティとをつなぐ２次スプール７を通りキャビティ１に充填される。キャビティは非磁性の可動側型板５に形成されており、キャビティ内で成形された異方性樹脂磁石をエジェクターピン１１で突いて金型から押し出すため可動側型板は平行移動できるようになっている。非磁性材でつくられた固定側型板８は可動側型板の上に設置されており、永久磁石９Ａ，９Ｂは、三角柱状の強磁性体磁極１２Ａおよび１２Ｂに接するように固定側型板８に埋め込まれている。強磁性体磁極１２Ａ、１２Ｂの裏面に接して永久磁石１０Ａ、１０Ｂがそれぞれ埋め込まれている。
【００１７】
強磁性体磁極１２Ａのキャビティ１に対向する面以外の各面に接して、永久磁石２Ａ１、２Ａ２、９Ａ、１０Ａを同じ極が磁極１２Ａに向くように配設することにより、それぞれの永久磁石から発生した磁束をキャビティ１に対向する面に導く。キャビティ１に対して１８０°反転した位置に、異なる極方向で構成され同様に同極を磁極１２Ｂに向けた永久磁石２Ｂ１、２Ｂ２、９Ｂ、１０Ｂを強磁性体磁極１２Ｂに接して配置した磁束発生部を設けることにより、２極横磁場の配向磁場が形成される。ここで４は磁束線を表す。
【００１８】
また本発明は、例えば図５、図６に示すキャビティ部を有する金型を用いて実施することができる。図５は２極横磁場配向方式のキャビティと永久磁石および強磁性体磁極の配置を表した可動側型板５の上面図であり、図６は２極横磁場配向方式の図５のキャビティ部の断面図である。
【００１９】
ここで強磁性体磁極１２ａＡは６面体であり、その５面に接して永久磁石２Ａ１、２Ａ２、９Ａ、１０Ａ、１３Ａが配置されている。各永久磁石の磁極の向きは図３、図４の例と同様である。この例では永久磁石の数が図３、図４の場合よりも多い。このため図５、図６の金型は図３、図４の金型より高い磁束密度を発生でき、従って磁気配向のより大きな異方性樹脂磁石を製造できる。
【００２０】
本発明は、図７、図８に示すキャビティ部を有する金型を用いて実施することもできる。図７は８極極異方性配向方式のキャビティと永久磁石および強磁性体磁極の配置を表した可動側型板５の上面図である。図８には、図７のキャビティ部の断面図を示す。１５は非磁性体で作られたスリーブであり、１７Ｂ、１８Ｂは永久磁石であり、５は非磁性材で作られた可動側型板である。６面体の強磁性体磁極１６Ｂが８個、キャビティ１を中心にして対称的に配置され、それぞれの磁極の間に磁極に接して台形柱状の永久磁石１７Ｂが設けられている。強磁性体磁極１６Ｂの５面に接して永久磁石１７Ｂ、１８Ｂ、１９Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂが配置されている。各永久磁石の向きは図３、図４の例と同様である。永久磁石１７Ｂは隣同士の強磁性体磁極１６Ｂと１４Ｂに共有されており、これをＮ極、Ｓ極交互に設けることにより８極極異方性配向が可能となる。
【００２１】
永久磁石２３Ｂは固定側型板８に埋め込まれており、永久磁石１８Ｂ、２４Ｂは可動側型板５に埋め込まれている。永久磁石１７Ｂ、１８Ｂ、１９Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂから発生した磁束は、強磁性体磁極１６Ｂに導かれる。強磁性体磁極１６Ｂのキャビティ１に対向する面以外の他の面に、同極を同一の磁極に向けて永久磁石を配置することによって、永久磁石から発生する磁束をキャビティ１に対向する面に導いている。
【００２２】
図７の８極極異方性配向方式の金型を用いて形成された８極極異方性樹脂磁石は、従来の図２５の金型を用いた場合より磁束密度が約２倍高い磁場中で製造されるので、大きな磁気異方性をもたせることができる。
【００２３】
本発明は図９、図１０、図１１に示すキャビティ部を有する金型を用いて実施することもできる。図９は本発明の特徴を最もよく表す図面の１つである。図９は２極横磁場配向方式のキャビティと少なくとも１つの移動可能な永久磁石および強磁性体磁極の配置を表した図であり、図１０は移動後の永久磁石の位置を示した図である。また、図１１には図９で示されるキャビティ部の断面図を表す。
【００２４】
可動側型板５に永久磁石ホルダー２０Ｂが移動できる空間２１が設けられており、永久磁石ホルダーは強磁性体磁極１２ａＢの面に沿って平行移動できるようになっている。永久磁石ホルダー２０Ｂには永久磁石１３Ｂが埋め込まれている。永久磁石１３Ｂを保持した永久磁石ホルダーを移動させると、磁束線４の逃げ道を作ることになる。これによりキャビティに接する面からの磁束発生量を連続的に変化させることができる。なお、本発明においては、永久磁石１３Ｂの代わりに永久磁石９Ｂまたは１０Ｂが移動可能となっていて、磁束線の逃げ道を作れるようになっていてもよい。
【００２５】
本発明は図１２、図１３、図１４の２極横磁場配向のキャビティ部を有する金型を用いて実施することができる。図１２は２極横磁場配向のキャビティと少なくとも１つの移動可能な永久磁石および強磁性体の配置を示す図であり、図１３は図１２のキャビティ部の断面図を表したものである。図１４は永久磁石ホルダーに保持された永久磁石を移動した後の永久磁石の位置を表した図である。可動側型板に埋め込まれた永久磁石の代わりに固定側型板に埋め込まれた永久磁石９Ｂが移動可能となっている以外は図９、図１０、図１１と同様である。すなわち、固定側型板８に永久磁石ホルダー２０Ｂが移動できる空間２１が設けられており、永久磁石ホルダーは強磁性体磁極１２Ｂの面上を平行移動できるようになっている。なお、２２は漏れ磁束線である。
【００２６】
本発明は図１５、図１６の、８極極異方性配向用のキャビティ部を有する金型を用いて実施することもできる。図１５は８極極異方性配向のキャビティ、少なくとも１つの移動可能な永久磁石および強磁性体の配置を示す図であり、図１６は図１５のキャビティ部の断面図である。
【００２７】
図１２、図１３、図１４の場合と同様に固定側型板８に埋め込まれた永久磁石２３Ｂが移動可能となっている。すなわち固定側型板８に永久磁石２３Ｂを保持した永久磁石ホルダー２０Ｂが移動できる空間２１が設けられており、永久磁石ホルダーは強磁性体磁極１６Ｂの面上を平行移動できるようになっている。極それぞれで、永久磁石２３Ｂのような移動可能な永久磁石の移動量を変えることにより、極間の磁束調整をすることができる。これによりキャビティに接する面からの磁束発生量の調整が図１２、図１３、図１４の場合より更に容易になる。
【００２８】
本発明に用いられる磁性粉としては、フェライト系およびＳｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系等のような希土類系の磁性粉があげられる。
【００２９】
本発明に用いられる樹脂としては、熱可塑性樹脂が挙げられる。例えば、ポリアミドが好ましく用いられる。
【００３０】
本発明の金型に用いられる永久磁石としては、最大エネルギー積２０ＭＧＯｅ上のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石または最大エネルギー積２０ＭＧＯｅ以上のＳｍＣｏ系焼結磁石が挙げられる。
【００３１】
本発明の金型に用いられる強磁性体磁極としては、飽和磁束密度が大きい高透磁率の強磁性材料が好ましく、例えば純鉄、ケイ素鋼板、鉄コバルト合金等が挙げられる。
【００３２】
【実施例】
以下に実施例および比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３３】
実施例１
磁性粉としてフェライト系、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系およびＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系の磁性粉のいずれか１つと、ポリアミドとを混合して４種類の樹脂磁石原料を用意した。これらの磁性粉が混合されたポリアミドをそれぞれ溶融し、図３、図４に示した金型のキャビティに充填して、４種類の異方性樹脂磁石を形成した。ただし、金型の永久磁石は最大エネルギー積３５ＭＧＯｅの材料を使用したＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用い、強磁性体磁極には鋼材の強度も考慮して飽和磁束密度が１５０００Ｏｅのプレハードン鋼を用いた。
【００３４】
実施例２
実施例１において、キャビティ、永久磁石、強磁性体磁極を図３のものの代わりに図５のものを用いた以外は同様にして４種類の異方性樹脂磁石を形成した。
【００３５】
実施例３
実施例１において、キャビティ、永久磁石、強磁性体磁極を図３のものの代わりに図７のものを用いた以外は同様にして４種類の異方性樹脂磁石を形成した。
実施例４
実施例１において、キャビティ、永久磁石、強磁性体磁極を図３のものの代わりに図９のものを用いた以外は同様にして４種類の異方性樹脂磁石を形成した。
【００３６】
実施例５
実施例１において、キャビティ、永久磁石、強磁性体磁極を図３のものの代わりに図１５のものを用いた以外は同様にして４種類の異方性樹脂磁石を形成した。
【００３７】
比較例１
実施例１において、磁極を使用しない従来例の図２５のキャビティ、永久磁石を用いた以外は同様にして４種類の異方性樹脂磁石を形成した。
【００３８】
比較例２
実施例１において、図３の強磁性体磁極の代わりに、例えば銅のような弱磁性体磁極を用いた以外は同様にして４種類の異方性樹脂磁石を形成した。
【００３９】
図１７に永久磁石２Ａ１、２Ａ２、２Ｂ１、２Ｂ２、強磁性体磁極１２Ａ、１２Ｂおよびキャビティ１を有する図６で表される金型のキャビティ部の２極横磁場の配向状態を示す。ここで４は磁束線を表し、４ａは磁粉を表す。成型品の着磁状態を図１８に、成型品の表面磁束密度の分布状態を図１９に示す。図１９からこの樹脂磁石が２軸配向に着磁されていることが分かる。また、図２０および図２１に本発明による実施例１の条件での磁束線図を示し、図２２および図２３に強磁性体磁極の代わりに弱磁性体磁極を配設した比較例２による磁束線図を示す。ただし、ここでｘ−ｙ平面とは、図２の金型において左右方向をｙ方向とし、上下方向をｘ方向として、ｘ方向およびｙ方向を含む平面を言う。また、ｙ−ｚ平面とは、ｘ−ｙ平面に垂直な方向すなわち重力方向をｚ方向とし、ｘ方向およびｚ方向を含む平面を言う。図２０〜図２４から、永久磁石に本発明に従って強磁性体の磁極を配置すると磁束が非常に密になることがわかった。
【００４０】
図２４に従来例の比較例１による場合、比較例２による場合、実施例１による場合の磁束密度の分布を示した。これによれば、強磁性体を用いた実施例１の磁束密度は、強磁性体を全く用いない比較例１や弱磁性体を用いた比較例２に比べてはるかに高い磁束密度が得られることが分かった。
【００４１】
図７の金型を用いて形成された異方性樹脂磁石は磁石外形６ｍｍの場合、キャビティ・センターで磁束密度を測定すると１テスラ以上の磁束密度があった。従来の図２５、図２６のキャビティ（最大エネルギー積３５ＭＧＯｅの永久磁石を使用）を用いて形成された樹脂の磁束密度はキャビティ・センターで５０００ＧＡＵＳＳ程度であった。これから本発明により形成された異方性樹脂磁石は大きな配向磁場を得ることができることがわかった。すなわち本発明によれば、充分に磁性粉の異方性化がなされ磁石の磁気特性の向上を図ることができた。また、希土類系磁性粉を用いても配向率の向上を図ることができた。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、安価な永久磁石を利用することにより、充分に磁性粉の異方性化がなされ異方性樹脂磁石の磁気特性の向上と安定化が図れた。
【００４３】
また、配向が困難な希土類系樹脂磁石においても配向率の向上が図れ磁気特性の向上が図れた。
【００４４】
安価な永久磁石を利用することにより、従来よりも大幅に強い配向磁場が得られ、また永久磁石方式では困難であった配向磁場の強さが調整可能となり異方性樹脂磁石の磁気特性の向上と安定化が図れた。また、この方式では、配向磁場の強さを、それぞれの磁極位置で調整できるために多極異方性配向でのそれぞれの極での磁力を可変でき磁極内でのバラツキを改善することができた。また、任意の極を強くしたり、弱くしたりすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金型の断面図である。
【図２】本発明の金型の可動側型板の上面図である。
【図３】２極配向の金型のキャビティと永久磁石および強磁性体の配置を示す線図である。
【図４】図３のキャビティ部の断面図である。
【図５】２極配向の金型のキャビティと永久磁石および強磁性体の配置を示す線図である。
【図６】図５のキャビティ部の断面図である。
【図７】８極配向の金型のキャビティと永久磁石および強磁性体の配置を示す線図である。
【図８】図７のキャビティ部の断面図である。
【図９】２極配向の金型のキャビティと永久磁石および強磁性体の配置を示す線図である。
【図１０】図９において、永久磁石を移動した後のキャビティと永久磁石および強磁性体の配置を示す線図である。
【図１１】図９のキャビティ部の断面図である。
【図１２】２極配向の金型のキャビティと永久磁石および強磁性体の配置を示した線図である。
【図１３】図１２のキャビティ部の断面図である。
【図１４】図１２において、永久磁石を移動した後のキャビティ部の断面図である。
【図１５】８極配向の金型のキャビティと永久磁石および強磁性体の配置を示す線図である。
【図１６】図１５のキャビティ部の断面図である。
【図１７】２極配向の磁場状態を表す線図である。
【図１８】異方性樹脂磁石成型品の着磁状態を表す線図である。
【図１９】異方性樹脂磁石の表面磁束密度の分布状態を表す線図である。
【図２０】図３のキャビティ部のｘ−ｙ平面における磁束線の計算値を示した線図である。
【図２１】図３のキャビティ部のｙ−ｚ平面における磁束線の計算値を示した線図である。
【図２２】図２５のキャビティ部のｘ−ｙ平面における磁束線の計算値を示した線図である。
【図２３】図２５のキャビティ部のｙ−ｚ平面における磁束線の計算値を示した線図である。
【図２４】キャビティ部のｙ方向の磁束密度分布を示す線図である。
【図２５】従来の金型のキャビティと永久磁石との配置を示す線図である。
【図２６】図５のキャビティ部の断面図である。
【符号の説明】
１ キャビティ
２Ａ１ 永久磁石
２Ａ２ 永久磁石
２Ｂ１ 永久磁石
２Ｂ２ 永久磁石
３ １次スプール
３ａ ロケートリング
３ｂ スプールブッシュ
３ｃ 固定側取付板
３ｄ サポートピン
３ｅ ブッシュ
３ｆ ストリッパープレート
３ｇ 受板
３ｈ スペーサーブロック
３ｉ エジェクタープレート
３ｊ 可動側取付板
４ 磁束線
４ａ 磁粉
５ 非磁性可動側型板
６ ランナー
７ ２次スプール
８ 非磁性固定側型板
９Ａ 永久磁石
９Ｂ 永久磁石
１０Ａ 永久磁石
１０Ｂ 永久磁石
１１ エジェクターピン
１２Ａ 強磁性体磁極
１２Ｂ 強磁性体磁極
１２ａＡ 強磁性体磁極
１２ａＢ 強磁性体磁極
１３Ａ 永久磁石
１３Ｂ 永久磁石
１４Ｂ 強磁性体磁極
１５ 非磁性スリーブ
１６Ｂ 強磁性体磁極
１７Ｂ 永久磁石
１８Ｂ 永久磁石
１９Ｂ 永久磁石
２０Ａ 永久磁石ホルダー
２０Ｂ 永久磁石ホルダー
２１ 永久磁石ホルダー移動用空間
２２ 漏れ磁束線
２３Ｂ 永久磁石
２４Ｂ 永久磁石
Claims (10)
- 磁性粉が混合された溶融樹脂が充填されるキャビティを中心にして対称的に配置され、それぞれ前記キャビティに対向する一面を有する複数の強磁性体磁極と、該複数の強磁性体磁極の前記一面を除く４つ以上の面に接し、かつ同一の磁極に対して同じ極を向けて配置された複数の永久磁石とからなり、２つ以上の該強磁性体磁極に共有されている永久磁石以外の永久磁石の少なくとも１つを強磁性体磁極の面に沿って平行移動して磁束の一部を逃し、任意のひとつの磁極の磁力を変化させることが可能である磁束発生部を有することを特徴とする異方性樹脂磁石製造用金型。
- 前記強磁性体磁極が２個であることを特徴とする請求項１記載の異方性樹脂磁石製造用金型。
- 前記強磁性体磁極が３個以上であることを特徴とする請求項１記載の異方性樹脂磁石製造用金型。
- 前記強磁性体磁極が三角柱状の磁極であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の異方性樹脂磁石製造用金型。
- 前記強磁性体磁極が四角柱状の磁極であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の異方性樹脂磁石製造用金型。
- 磁性粉が混合された溶融樹脂が充填されるキャビティを中心にして対称的に配置され、それぞれ前記キャビティに対向する一面を有する複数の強磁性体磁極と、該複数の強磁性体磁極の前記一面を除く４つ以上の面に接し、かつ同一の磁極に対して同じ極を向けて配置された複数の永久磁石とからなり、２つ以上の該強磁性体磁極に共有されている永久磁石以外の永久磁石の少なくとも１つを強磁性体磁極の面に沿って平行移動して磁束の一部を逃すことが可能である磁束発生部を有する金型内に、磁性粉が混合された溶融樹脂を充填して、永久磁石の少なくとも１つを移動させて磁束の一部を逃すことにより永久磁石を移動させた磁極の磁力を変化させて磁場の強さを調整した前記磁束発生部による磁場の中で前記磁性粉を異方性化配向しつつ前記溶融樹脂を凝固させて成型品を形成することを特徴とする異方性樹脂磁石の製造方法。
- 前記強磁性体磁極が２個であることを特徴とする請求項６記載の異方性樹脂磁石の製造方法。
- 前記強磁性体磁極が３個以上であることを特徴とする請求項６記載の異方性樹脂磁石の製造方法。
- 前記強磁性体磁極が三角柱状の磁極であることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の異方性樹脂磁石の製造方法。
- 前記強磁性体磁極が四角柱状の磁極であることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の異方性樹脂磁石の製造方法。
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