JP5129418B2 - プラスチックマグネット - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、マグネットを利用した装置の小型化、単純化のための設計の自由度が高いプラスチックマグネットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−２８６１２０号には、一端面部側に形成されたＮ極に隣接してＳ極が形成され、該一端面部側にだけ着磁されているマグネット、あるいは一端面部側に形成されたＮ極から一端面部側に該Ｎ極に隣接して形成されたＳ極に向かう磁束の密度が、他端面部側に形成されたＮ極から他端面部側に該Ｎ極に隣接して形成されたＳ極に向かう磁束の密度よりも大きいマグネットが開示されている。このようなマグネットを用いることにより、マグネットを利用した装置の小型化、単純化のための設計の自由度を高める。
【０００３】
このようなマグネットの製造法として、特開２０００−２８６１２０号には、一端面部側に形成されたＮ極から一端面部側に該Ｎ極に隣接して形成されたＳ極に向かう磁束の密度が他端面部側に形成されたＮ極から他端面部側に該Ｎ極に隣接して形成されたＳ極に向かう磁束の密度よりも大きいマグネットを形成するために、着磁装置のＮ極とＳ極とを着磁前の磁性体の一端面部側にのみ臨ませて該磁性体に磁界を加えることを特徴とする着磁方法が開示されている。
【０００４】
プラスチックマグネットは、先ず強磁性合金の粉末と熱可塑性樹脂とを溶融混練し押し出し成形してペレット状とし、そのペレットを用いて所望の形状の型内で磁場の存在下で加熱成形することにより得られる。
【０００５】
強磁性合金の粉末は、通常、所定の組成を有する合金を機械的に粉砕することにより得られる。例えば希土類含有鉄合金（Ｒ・Ｆｅ・Ｂ系：Ｒは希土類）の粉末は、先ず溶融状態の合金をフィルム状にして急冷し、それを機械的に粉砕することにより得られる。フィルムを機械的に粉砕した場合、顕微鏡的にはフレーク状に破砕されたものが得られ、大きさも一定でない。このような粒子を用いた場合には、ペレット製造時の流動性が悪いので、樹脂量を増やすか、押し出し圧を高めるかする必要がある。また磁性粉末のこのような形状は、磁場の存在下で加熱成形する際に、相互に引っかかりあい、すべての磁性粉末の磁極が同一方向に整列しないので、得られるプラスチックマグネットの磁気特性の点でも好ましいものではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
マグネットを利用した装置の小型化、単純化のための設計の自由度を高くするため、磁極の配置や磁束密度を任意に設定でき、しかも磁気特性に優れたプラスチックマグネットを提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかわるプラスチックマグネットは、強磁性合金の微小粒子の集合体であって個々の微小粒子が金属酸化物の層又は点在物或いは空隙により相互に隔離されているナノコンポジット構造を有する球状の強磁性合金粒子と熱可塑性樹脂との溶融混練物を成形し磁化したもので、任意に設定された磁極配置と磁束密度を有し、側面への洩れ磁束が全磁束の４０％以下であることを特徴とする。
【０００８】
強磁性合金粒子が球状であると、磁場の存在下で加熱成形する際に相互に引っかかりあうことがなく、殆どすべての磁性粉末の磁極が与えられた磁界と同一方向に整列し、磁束の漏洩が少ないので、優れた磁気特性を有するプラスチックマグネットが得られる。球状の強磁性合金粒子の平均粒径は１０μｍ〜１００μｍの範囲が好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のプラスチックマグネットにおいて、任意に設定された磁極配置と磁束密度を有すると言うことは、特開２０００−２８６１２０号に開示された、一端面部側に形成されたＮ極に隣接してＳ極が形成され、該一端面部側にだけ着磁されているマグネット、あるいは一端面部側に形成されたＮ極から一端面部側に該Ｎ極に隣接して形成されたＳ極に向かう磁束の密度が、他端面部側に形成されたＮ極から他端面部側に該Ｎ極に隣接して形成されたＳ極に向かう磁束の密度よりも大きいマグネットをも含むものである。
【００１０】
本発明において使用する、強磁性合金の微小粒子の集合体で個々の微小粒子が金属酸化物の層又は点在物或いは空隙により相互に隔離されているナノコンポジット構造を有する球状の強磁性合金粒子の製造法の一例を述べると、遠心力により中心部から放射状に遠心場に飛散する溶融強磁性合金小滴をアルゴンを主体とするガスの環状上昇流と遠心場中で強制的に接触させることにより製造される。具体的には、高速水平回転するディスクの上に溶融強磁性合金を供給し、溶融強磁性合金に遠心力を作用させて小滴として放射状に遠心場に飛散させ、ディスクの上面より下方で且つディスクに対して同心円をなす位置に設置されたドーナツ状のガス供給管に上向き又は斜め上向きに設けたスリット状開口から放出されるアルゴンを主体とするガスの環状上昇流と遠心場中で強制的に接触させる。
【００１１】
アルゴンを主体とするガスとは、アルゴン１００％のガス、又は微量の反応性ガス、特に酸素を含有するアルゴンガスを言う。アルゴンガス中の酸素濃度は２容積ｐｐｍ以下が好ましい。この微量酸素の存在により、生成した微小球状強磁性合金粒子の表面に極めて薄い金属酸化物皮膜が形成し、空気中でそれ以上酸化が進行するのを防止するなどの働きをする。
【００１２】
ナノコンポジット構造を有する球状強磁性合金粒子の製造に際して使用する遠心式粒状化装置の構造例を図１に示す。粒状化室１は上部が円筒状、下部がコーン状になっており、上部に蓋２を有する。蓋２の中心部には垂直に溶融金属注加用のノズル３が挿入されノズル３の直下には回転ディスク４が設けられている。回転ディスク４は、その直下に連結されたモータ５により高速回転される。また粒状化室１のコーン部分の下端には生成した微小球状金属粒子の排出管６が接続されている。ノズル３の上部は粒状化する金属を溶融する電気炉（高周波炉）７に接続されている。ディスク４の上面より下方で、ディスク４（又はその直下のモータ５の回転軸）に対して同心円をなす位置にドーナツ状のガス供給管８が設置されている。ドーナツ状のガス供給管８は、上向きにガスを放出するスリット状開口９を有している。ガス供給タンク１０からのアルゴンガス又は微量酸素含有アルゴンガスは配管１１を通してドーナツ状のガス供給管８に供給される。ガス供給量は弁１２により制御される。符号１３は排気装置で、それに接続する弁１４を操作することにより粒状化室内の圧力を任意の値に制御する。粒状化室１には水冷用ジャケット１５が設けられている。符号１６は冷却用水の送入管、符号１７は冷却用水の排出管である。
【００１３】
図２は図１に示した装置における回転ディスク及びドーナツ状のガス供給管付近の拡大図、図３は図２に示した部分の水平断面図である。電気炉７で溶融された金属は、ノズル３から高速水平回転ディスク４上に供給される。供給された溶融金属は高速水平回転ディスク４による遠心力の作用で微細な液滴状になって点線２０で示すように放射状に遠心場に飛散する。一方、ドーナツ状のガス供給管８のスリット状開口９から上向きに放出されたアルゴンを主体とするガスは点線２１で示される環状の上昇ガス流を形成する。放射状に遠心場に飛散する溶融金属小滴２０とアルゴンを主体とする環状の上昇ガス流２１の両者は符号Ａで示される環状領域付近で接触し、溶融金属は極めて速やかに真球に近い状態になって固化する。アルゴンを主体とする環状のガス流中に微量の反応性ガス、例えば酸素が含まれている場合は、金属成分の一部は酸化物となり、ナノコンポジット構造を有する微小球状金属粒子になる。
【００１４】
【実施例１】
図１に示した装置を使用し、直径３５ｍｍ、回転数１０万ｒｐｍ、周縁線速度１８３ｍ／秒の非接触磁気浮上軸回転ディスクに、希土類含有鉄合金（Ｒ−Ｆｅ−Ｂ；Ｒは希土類金属）溶融物を供給し遠心力を作用させ小滴として飛散させ、上向きのスリット状開口を有するドーナツ状のガス供給管（スリット部分の直径４００ｍｍ）から放出されるアルゴンガスの環状上昇流と接触させた。また排気装置１３を作動させ粒状化室内の圧力を大気圧より低くした。得られた粒子の電子顕微鏡写真を図４に示す。直径約２０μｍ程度の粒径の揃った真球に近い粒子が得られた。この球状強磁性粉末９２重量％とナイロン樹脂８重量％との混合ペレットを直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板状に圧縮成型し、着磁してプラスチック磁石を製造した。この磁石の磁束密度は約１０００ガウスであった。この磁石表面の拡大写真を図５に示す。球状で大きさの揃った強磁性粉末が整然と分布している状態が分かる。図６は上記プラスチックマグネットからナイロン樹脂を溶解除去した状態の拡大写真である。球状磁石が連結しているが、これは地球のように球の北極部分と南極部分にＮ極とＳ極を有する磁石が整列しているものである。
【００１５】
【比較例１】
希土類含有鉄合金（Ｒ・Ｆｅ・Ｂ系：Ｒは希土類）をフィルム状にして急冷することにより得られた市販の強磁性体粉末９２重量％とナイロン樹脂８重量％との混合ペレットを直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板状に圧縮成型し、着磁してプラスチック磁石を製造した。この磁石の磁束密度は約５００ガウスであった。
【００１６】
【発明の効果】
マグネットを利用した装置の小型化、単純化のための設計の自由度を高くするため、磁極の配置や磁束密度を任意に設定でき、しかも磁気特性に優れたプラスチックマグネットが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】球状の強磁性合金粒子を製造する装置の概念図である。
【図２】図１に示した装置における回転ディスク及びドーナツ状のガス供給管付近の拡大図である。
【図３】図２に示した部分の水平断面図である。
【図４】実施例１により得られた粒子の電子顕微鏡写真である。
【図５】実施例１において得られたプラスチック磁石の電子顕微鏡写真である。
【図６】実施例１において得られたプラスチック磁石からナイロン樹脂を溶解除去した球状磁石が連結している状態を示す拡大写真である。
【符号の説明】
１ 粒状化室
２ 蓋
３ ノズル
４ 回転ディスク
５ モータ
６ 粒子排出管
７ 電気炉
８ ドーナツ状のガス供給管
９ スリット状開口
１０ ガス供給タンク
１１ 配管
１２ 弁
１３ 排気装置
１４ 弁
１５ 水冷用ジャケット
１６ 冷却水送入管
１７ 冷却水排出管
１８ 比較試験用ガス供給管
１９ 弁
２０ 飛散する溶融金属の小滴
２１ 環状のアルゴンガス流
２２ 弁
【産業上の利用分野】
本発明は、マグネットを利用した装置の小型化、単純化のための設計の自由度が高いプラスチックマグネットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−２８６１２０号には、一端面部側に形成されたＮ極に隣接してＳ極が形成され、該一端面部側にだけ着磁されているマグネット、あるいは一端面部側に形成されたＮ極から一端面部側に該Ｎ極に隣接して形成されたＳ極に向かう磁束の密度が、他端面部側に形成されたＮ極から他端面部側に該Ｎ極に隣接して形成されたＳ極に向かう磁束の密度よりも大きいマグネットが開示されている。このようなマグネットを用いることにより、マグネットを利用した装置の小型化、単純化のための設計の自由度を高める。
【０００３】
このようなマグネットの製造法として、特開２０００−２８６１２０号には、一端面部側に形成されたＮ極から一端面部側に該Ｎ極に隣接して形成されたＳ極に向かう磁束の密度が他端面部側に形成されたＮ極から他端面部側に該Ｎ極に隣接して形成されたＳ極に向かう磁束の密度よりも大きいマグネットを形成するために、着磁装置のＮ極とＳ極とを着磁前の磁性体の一端面部側にのみ臨ませて該磁性体に磁界を加えることを特徴とする着磁方法が開示されている。
【０００４】
プラスチックマグネットは、先ず強磁性合金の粉末と熱可塑性樹脂とを溶融混練し押し出し成形してペレット状とし、そのペレットを用いて所望の形状の型内で磁場の存在下で加熱成形することにより得られる。
【０００５】
強磁性合金の粉末は、通常、所定の組成を有する合金を機械的に粉砕することにより得られる。例えば希土類含有鉄合金（Ｒ・Ｆｅ・Ｂ系：Ｒは希土類）の粉末は、先ず溶融状態の合金をフィルム状にして急冷し、それを機械的に粉砕することにより得られる。フィルムを機械的に粉砕した場合、顕微鏡的にはフレーク状に破砕されたものが得られ、大きさも一定でない。このような粒子を用いた場合には、ペレット製造時の流動性が悪いので、樹脂量を増やすか、押し出し圧を高めるかする必要がある。また磁性粉末のこのような形状は、磁場の存在下で加熱成形する際に、相互に引っかかりあい、すべての磁性粉末の磁極が同一方向に整列しないので、得られるプラスチックマグネットの磁気特性の点でも好ましいものではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
マグネットを利用した装置の小型化、単純化のための設計の自由度を高くするため、磁極の配置や磁束密度を任意に設定でき、しかも磁気特性に優れたプラスチックマグネットを提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかわるプラスチックマグネットは、強磁性合金の微小粒子の集合体であって個々の微小粒子が金属酸化物の層又は点在物或いは空隙により相互に隔離されているナノコンポジット構造を有する球状の強磁性合金粒子と熱可塑性樹脂との溶融混練物を成形し磁化したもので、任意に設定された磁極配置と磁束密度を有し、側面への洩れ磁束が全磁束の４０％以下であることを特徴とする。
【０００８】
強磁性合金粒子が球状であると、磁場の存在下で加熱成形する際に相互に引っかかりあうことがなく、殆どすべての磁性粉末の磁極が与えられた磁界と同一方向に整列し、磁束の漏洩が少ないので、優れた磁気特性を有するプラスチックマグネットが得られる。球状の強磁性合金粒子の平均粒径は１０μｍ〜１００μｍの範囲が好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のプラスチックマグネットにおいて、任意に設定された磁極配置と磁束密度を有すると言うことは、特開２０００−２８６１２０号に開示された、一端面部側に形成されたＮ極に隣接してＳ極が形成され、該一端面部側にだけ着磁されているマグネット、あるいは一端面部側に形成されたＮ極から一端面部側に該Ｎ極に隣接して形成されたＳ極に向かう磁束の密度が、他端面部側に形成されたＮ極から他端面部側に該Ｎ極に隣接して形成されたＳ極に向かう磁束の密度よりも大きいマグネットをも含むものである。
【００１０】
本発明において使用する、強磁性合金の微小粒子の集合体で個々の微小粒子が金属酸化物の層又は点在物或いは空隙により相互に隔離されているナノコンポジット構造を有する球状の強磁性合金粒子の製造法の一例を述べると、遠心力により中心部から放射状に遠心場に飛散する溶融強磁性合金小滴をアルゴンを主体とするガスの環状上昇流と遠心場中で強制的に接触させることにより製造される。具体的には、高速水平回転するディスクの上に溶融強磁性合金を供給し、溶融強磁性合金に遠心力を作用させて小滴として放射状に遠心場に飛散させ、ディスクの上面より下方で且つディスクに対して同心円をなす位置に設置されたドーナツ状のガス供給管に上向き又は斜め上向きに設けたスリット状開口から放出されるアルゴンを主体とするガスの環状上昇流と遠心場中で強制的に接触させる。
【００１１】
アルゴンを主体とするガスとは、アルゴン１００％のガス、又は微量の反応性ガス、特に酸素を含有するアルゴンガスを言う。アルゴンガス中の酸素濃度は２容積ｐｐｍ以下が好ましい。この微量酸素の存在により、生成した微小球状強磁性合金粒子の表面に極めて薄い金属酸化物皮膜が形成し、空気中でそれ以上酸化が進行するのを防止するなどの働きをする。
【００１２】
ナノコンポジット構造を有する球状強磁性合金粒子の製造に際して使用する遠心式粒状化装置の構造例を図１に示す。粒状化室１は上部が円筒状、下部がコーン状になっており、上部に蓋２を有する。蓋２の中心部には垂直に溶融金属注加用のノズル３が挿入されノズル３の直下には回転ディスク４が設けられている。回転ディスク４は、その直下に連結されたモータ５により高速回転される。また粒状化室１のコーン部分の下端には生成した微小球状金属粒子の排出管６が接続されている。ノズル３の上部は粒状化する金属を溶融する電気炉（高周波炉）７に接続されている。ディスク４の上面より下方で、ディスク４（又はその直下のモータ５の回転軸）に対して同心円をなす位置にドーナツ状のガス供給管８が設置されている。ドーナツ状のガス供給管８は、上向きにガスを放出するスリット状開口９を有している。ガス供給タンク１０からのアルゴンガス又は微量酸素含有アルゴンガスは配管１１を通してドーナツ状のガス供給管８に供給される。ガス供給量は弁１２により制御される。符号１３は排気装置で、それに接続する弁１４を操作することにより粒状化室内の圧力を任意の値に制御する。粒状化室１には水冷用ジャケット１５が設けられている。符号１６は冷却用水の送入管、符号１７は冷却用水の排出管である。
【００１３】
図２は図１に示した装置における回転ディスク及びドーナツ状のガス供給管付近の拡大図、図３は図２に示した部分の水平断面図である。電気炉７で溶融された金属は、ノズル３から高速水平回転ディスク４上に供給される。供給された溶融金属は高速水平回転ディスク４による遠心力の作用で微細な液滴状になって点線２０で示すように放射状に遠心場に飛散する。一方、ドーナツ状のガス供給管８のスリット状開口９から上向きに放出されたアルゴンを主体とするガスは点線２１で示される環状の上昇ガス流を形成する。放射状に遠心場に飛散する溶融金属小滴２０とアルゴンを主体とする環状の上昇ガス流２１の両者は符号Ａで示される環状領域付近で接触し、溶融金属は極めて速やかに真球に近い状態になって固化する。アルゴンを主体とする環状のガス流中に微量の反応性ガス、例えば酸素が含まれている場合は、金属成分の一部は酸化物となり、ナノコンポジット構造を有する微小球状金属粒子になる。
【００１４】
【実施例１】
図１に示した装置を使用し、直径３５ｍｍ、回転数１０万ｒｐｍ、周縁線速度１８３ｍ／秒の非接触磁気浮上軸回転ディスクに、希土類含有鉄合金（Ｒ−Ｆｅ−Ｂ；Ｒは希土類金属）溶融物を供給し遠心力を作用させ小滴として飛散させ、上向きのスリット状開口を有するドーナツ状のガス供給管（スリット部分の直径４００ｍｍ）から放出されるアルゴンガスの環状上昇流と接触させた。また排気装置１３を作動させ粒状化室内の圧力を大気圧より低くした。得られた粒子の電子顕微鏡写真を図４に示す。直径約２０μｍ程度の粒径の揃った真球に近い粒子が得られた。この球状強磁性粉末９２重量％とナイロン樹脂８重量％との混合ペレットを直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板状に圧縮成型し、着磁してプラスチック磁石を製造した。この磁石の磁束密度は約１０００ガウスであった。この磁石表面の拡大写真を図５に示す。球状で大きさの揃った強磁性粉末が整然と分布している状態が分かる。図６は上記プラスチックマグネットからナイロン樹脂を溶解除去した状態の拡大写真である。球状磁石が連結しているが、これは地球のように球の北極部分と南極部分にＮ極とＳ極を有する磁石が整列しているものである。
【００１５】
【比較例１】
希土類含有鉄合金（Ｒ・Ｆｅ・Ｂ系：Ｒは希土類）をフィルム状にして急冷することにより得られた市販の強磁性体粉末９２重量％とナイロン樹脂８重量％との混合ペレットを直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板状に圧縮成型し、着磁してプラスチック磁石を製造した。この磁石の磁束密度は約５００ガウスであった。
【００１６】
【発明の効果】
マグネットを利用した装置の小型化、単純化のための設計の自由度を高くするため、磁極の配置や磁束密度を任意に設定でき、しかも磁気特性に優れたプラスチックマグネットが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】球状の強磁性合金粒子を製造する装置の概念図である。
【図２】図１に示した装置における回転ディスク及びドーナツ状のガス供給管付近の拡大図である。
【図３】図２に示した部分の水平断面図である。
【図４】実施例１により得られた粒子の電子顕微鏡写真である。
【図５】実施例１において得られたプラスチック磁石の電子顕微鏡写真である。
【図６】実施例１において得られたプラスチック磁石からナイロン樹脂を溶解除去した球状磁石が連結している状態を示す拡大写真である。
【符号の説明】
１ 粒状化室
２ 蓋
３ ノズル
４ 回転ディスク
５ モータ
６ 粒子排出管
７ 電気炉
８ ドーナツ状のガス供給管
９ スリット状開口
１０ ガス供給タンク
１１ 配管
１２ 弁
１３ 排気装置
１４ 弁
１５ 水冷用ジャケット
１６ 冷却水送入管
１７ 冷却水排出管
１８ 比較試験用ガス供給管
１９ 弁
２０ 飛散する溶融金属の小滴
２１ 環状のアルゴンガス流
２２ 弁
Claims (3)
- 強磁性合金の微小粒子の集合体であって個々の微小粒子が金属酸化物の層又は点在物或いは空隙により相互に隔離されているナノコンポジット構造を有する球状の強磁性合金粒子と熱可塑性樹脂との溶融混練物を成形し磁化したもので、前記強磁性合金粒子のそれぞれは球状磁石を構成しており、前記球状磁石は、その磁極が同一方向に整列しており、
前記微小粒子は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類含有鉄合金（Ｒは希土類金属）でなる、
プラスチックマグネット。 - 球状の強磁性合金粒子の平均粒径が１０μｍ〜１００μｍである請求項１に記載のプラスチックマグネット。
- 強磁性合金の微小粒子の集合体で個々の微小粒子が金属酸化物の層又は点在物或いは空隙により相互に隔離されているナノコンポジット構造を有する球状の強磁性合金粒子が、遠心力により中心部から放射状に遠心場に飛散する溶融強磁性合金小滴を、酸素を含むアルゴンガスの環状上昇流と遠心場中で強制的に接触させたものである請求項１に記載のプラスチックマグネット。
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