JP5884425B2 - 円柱状ボンド磁石の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、軸方向にＮ極とＳ極が交互に多極磁化されており、１つの極から径方向に放射状の磁力を発生する円柱状ボンド磁石の製造方法に関する。

円柱状の磁石で、軸方向にＮ極とＳ極が交互に多極磁化した磁石は、様々な分野で使用されている。例えば、製品粉末の中から鉄粉等を除去する異物除去装置や、リニアモータの固定子や、磁気ネックレスである。

特開２００３−３０３７１４号公報 特開２００８−１８２８７３号公報 特開２００５−７３４６６号公報 特開２００４−３２０８２７号公報 特許３４２１７７９号公報 特開平８−１３０８６２号公報 特開２００３−０６８５２７号公報 特開２００８−１７３４０５号公報 特開２００９−２２３４１号公報 特許２００８−１７３４０５号公報

以下に述べる先行技術文献は、大きく分けて、特許文献１乃至３が、複数の焼結磁石を組み立てて円柱状磁石としたものであり、特許文献４乃至５が、ボンド磁石にて円柱状磁石を構成したものである。

特許文献１乃至３は、複数の焼結磁石を、同極同士が向かい合うように配置して、反発させながら円柱状磁石を組み立てている。これにより、円柱状磁石の軸方向にＮ極とＳ極が交互に多極磁化した磁石を製造することができる。これらの特許文献による製造方法では、円柱状磁石を焼結磁石で構成することになるため、製造された円柱状磁石の磁力は強力になる。しかし、複数の焼結磁石を並べる組立の作業が必須となり、しかも、その組立作業は、複数の焼結磁石を互いに反発させながら行う作業であるため、組立作業には多大な時間と労力を要することとなる。また、焼結磁石は、機械的な強度がボンド磁石と比較して低いため、組立作業中や使用中に、焼結磁石に割れや欠けが生じることがある。

特許文献４乃至６は、ボンド磁石にて円柱状磁石を構成することにより、上述した焼結磁石の問題を解決しようとしたものである。

特許文献４と５に記載の製造方法では、射出成形または圧縮成形により、磁性粉末を所望のパターンに配向させることにより、１回の成形工程で、円柱状ボンド磁石の軸方向にＮ極とＳ極が交互に多極磁化した磁石成形品を得ることができる。しかしながら、射出成形も圧縮成形もバッチ式であるため、成形のし易さを考慮すると、磁石成形品の長さには限界がある。特に、磁性粉末のバインダー樹脂としてゴムを採用したフレキシブルなボンド磁石を成形する場合には、長尺になるほど成形品を金型から取り出す際の突き出し力がその成形品自体に吸収され、突き出し不良が起こりやすくなる。つまり、成形した後、金型から取り出しにくくなる。

特許文献６では、等方性の磁性粉末を材料とした長尺ボンド磁石を、着磁処理により、その軸方向にＮ極とＳ極が交互に多極磁化したボンド磁石を作製している。しかし、磁性粉末として等方性の磁性粉末を利用したボンド磁石であるため、その磁気特性は、異方性の磁性粉末を利用した場合と比較して低くなる。

特許文献７は、上述したような円柱状ボンド磁石とは異なり、シート状のボンド磁石に関するものである。本特許文献に開示された配向方法および着磁方法は、シート状ボンド磁石を押出成形で製造する際に、電磁石により押出方向に平行な磁界を発生させ、磁性粉末を押出方向に面内配向させている。その後、永久磁石により面内で反発するように着磁処理することにより、磁力線を外部へ取り出している。この製造方法による場合、押出成形中は、常に電磁石に電流を流す必要があり、莫大な電気代が必要になる。また、このシート状のボンド磁石を切削加工により切り出して円筒状に丸め、円筒状の磁石を製造するとなると、多大な手間がかかるだけでなく、長尺ものになるほど加工精度の面で問題が大きくなる。

特許文献８乃至１０は、フレキシブルな長尺円柱状ボンド磁石を屈曲させることにより形成させ、その端部に接合部を設けた磁気ネックレスに関するものである。これらの特許文献に開示される磁気ネックレスは、例えば、特許文献１０の図２（本明細書中では図１３）に記載されているように、フレキシブルな長尺円柱状ボンド磁石からなる磁石部２２と、その磁石部２２を覆う被覆部２１とから構成されており、その磁力のパターンは、径方向に関してＮ極となるｃ点と、そこから１８０°回転させた位置であるｅ点に、Ｓ極を発生させるようになっている。このような磁極の配置の場合には、Ｎ極となるｃ点から９０°回転させた位置であるｄ点と、Ｎ極となるｃ点から２７０°回転させた位置であるｆ点では磁力が殆ど出ていない。従って、磁気ネックレスが、このｄ点やｆ点の位置で人の皮膚に接しても、磁気治療の効果が得られないという問題があった。

そこで、本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、磁気特性と生産性に優れ、長さ方向に加工上の制限が無い押出成形を利用して、軸方向にＮ極とＳ極が交互に多極磁化された円柱状ボンド磁石の製造方法を提供することにある。

以上の目的を達成するために本発明に係る円柱状ボンド磁石の製造方法は、異方性の磁性粉末と樹脂とからなるボンド磁石組成物を押出成形することにより得られる円柱状ボンド磁石の製造方法において、軸方向にアキシャル配向された円筒状磁石を、配向用磁石として押出成形用金型に配置することにより、その円筒状磁石の内側の空間に、磁力線が軸方向に沿った配向用磁場を形成する工程と、上記配向用磁場内に上記ボンド磁石組成物を通過させることにより、軸方向に上記磁性粉末を配向させるとともに、上記ボンド磁石組成物を押出成形する工程と、金属細線を正逆方向それぞれ複数回巻回させてなる少なくとも一対の空芯コイルを備えた着磁装置を準備する工程と、上記着磁装置にて、上記押出成形されたボンド磁石組成物を着磁処理する工程と、を有しており、これらの工程により、円柱状ボンド磁石の径方向に放射状に出入りする磁力線を形成することを特徴とする。

上記配向用磁石に接する押出成形用金型が、非磁性鋼により構成されていることが好ましい。上記磁性粉末が、異方性Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末であることが好ましい。上記樹脂が、シリコーンゴムであることが好ましい。

また、本発明は、上記製造方法を利用した磁気ネックレスの製造方法である。さらに、本発明は、上記製造方法により製造された磁気ネックレスである。

本発明は、その軸方向にＮ極とＳ極が交互に多極磁化しており、１つの極からは径方向に放射状の磁力を発生させた円柱状ボンド磁石の製造方法である。押出成形により、本発明にかかる円柱状ボンド磁石の製造方法は、磁気特性と生産性に優れ、長さ方向に加工上の制限を無くすることができる。特に、本発明にかかる円柱状ボンド磁石にて磁気ネックレスを構成した場合、円柱状ボンド磁石径方向に放射状の磁力線がくまなく出ているため、使用者がどのような向きに磁気ネックレスを装着しても磁力線を効果的に体に作用させることができる。

図１は、本発明の製造方法にかかる押出成形機の概略図である。 図２は、図１の金型部のＡ−Ａ断面における断面図である。 図３は、本発明の製造方法にかかる配向用磁石から出る磁力線の分布の模式図である。 図４は、押出成形後のボンド磁石内における磁性粉末の配向方向を示す模式図である。 図５は、着磁装置を構成するコイルの概略図である。 図６は、着磁処理後のボンド磁石内における磁性粉末の着磁方向と磁力線を示す模式図である。 図７は、図６のＢ−Ｂ断面における磁力線を示す模式図である。 図８は、実施例１の円柱状ボンド磁石の軸方向に表面磁束密度を測定した結果である。 図９は、比較例１の円柱状ボンド磁石の軸方向に表面磁束密度を測定した結果である。 図１０は、比較例２の円柱状ボンド磁石の軸方向に表面磁束密度を測定した結果である。 図１１は、図８のａ点に相当する円柱状ボンド磁石の表面上の点から、その円周方向に一周分の表面磁束密度を測定した結果である。 図１２は、図８のｂ点に相当する円柱状ボンド磁石の表面上の点から、その円周方向に一周分の表面磁束密度を測定した結果である。 図１３は、従来の磁気ネックレスの断面図を示す。

上記の課題を解決すべく、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。

本発明は、異方性の磁性材料と樹脂とからなるボンド磁石組成物を押出成形することにより得られる円柱状ボンド磁石の製造方法において、押出成形時に長手方向に配向させた後、少なくとも一点で同極が向かい合うように着磁することで径方向に放射状の磁力線を発生させることを特徴とする円柱状ボンド磁石の製造方法である。

すなわち、本発明に係る円柱状ボンド磁石の製造方法は、少なくとも以下の工程を有することを特徴とする。

（１）軸方向にアキシャル配向された円筒状磁石を、配向用磁石として押出成形用金型に配置することにより、その円筒状磁石の内側の空間に、磁力線が軸方向に沿った配向用磁場を形成する工程。

（２）先の工程で形成させた配向用磁場内に、ボンド磁石組成物を通過させることにより、軸方向に磁性粉末を配向させるとともに、ボンド磁石組成物を押出成形する工程。

（３）金属細線を正方向と逆方向とに、それぞれ複数回巻回させてなる少なくとも一対の空芯コイルを備えた着磁装置を準備する工程。

（４）その着磁装置にて、押出成形されたボンド磁石組成物を着磁処理する工程。
本発明は、これらの工程により、円柱状ボンド磁石の径方向に放射状に出入りする磁力線を形成させる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の製造方法にかかる押出成形機の概略図である。

まず、円柱状ボンド磁石を、図１に示す押出成形機により作製する。原料は、異方性の磁性粉末と樹脂を混ぜ合わせたボンド磁石組成物であり、ペレット形状であることが好ましい。異方性の磁性粉末としては、例えば、フェライト系、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系などが挙げられる。上記の磁性材料は、１種類単独でも、２種類以上の混合物としてもよい。磁力を強くするためには、フェライト系磁性粉末よりも、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末を使用することが好ましい。磁性粉末の残留磁束密度Ｂｒは、フェライト系磁性粉末で約０．４Ｔであり、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末では、その約３倍の１．３Ｔである。Ｓｍ−Ｃｏ系やＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末は、磁性粉末の粒子径が大きいものが多いため、特に成形品が小さい場合、磁力のばらつきが大きくなる。磁性粉末の粒子径は、Ｓｍ−Ｃｏ系やＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末で５０〜１００μｍ、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末は、その１０分の１以下の約３μｍである。よって、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末のほうが、成形品が小さい場合でも、磁力のばらつきを小さくすることができる。

磁性材料に対しては、必要に応じて、耐酸化処理やカップリング処理を施しても良い。本発明において、磁性粉末のバインダーとして利用される樹脂は、特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴムを利用することができる。

例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、アクリル樹脂などの熱可塑性樹脂や、エステル系、ポリアミド系、などの熱可塑性エラストマー、または、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジリアルフタレート樹脂、ポリウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂、または、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロルスルホン化ポリエチレンゴム、フッ素ゴム、水素化ニトリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、液状ゴムなどのゴム材料を使用することができる。

これらの樹脂のうち、磁気ネックレス用の円柱状ボンド磁石のようなフレキシブルな成形品を得たい場合には、成形性、可撓性および人体に対する化学的安定性を考慮すると、シリコーンゴムを選択することが好ましい。

図１に概略図を示したように、押出成形機に投入されたボンド磁石組成物は、まず、押出成形機の本体部１でスクリュー９により混練される。次いで、溶融されたボンド磁石組成物は、押出成形機の金型部２に入り、ここで円柱状に成形されると共に、金型部２に配置された配向用磁石５によって形成された配向用磁場によって、押し出し方向、すなわち、円柱状ボンド磁石の長手方向に配向される。

図２は、図１に示した金型部２のＡ−Ａ断面図である。図２に示されるように、ボンド磁石組成物が通過する空間であり、ボンド磁石組成物が円柱状に成形される空間である、流路８と、その流路８の外側の成形用金型に配置された配向用磁石５は、隔壁６によって隔てられている。

図３は、本発明の製造方法にかかる配向用磁石から出る磁力線の分布を示す模式的な断面図である。この配向用磁石５は、図３に示されるように、円筒状であり、その一方の底面がＮ極、他方の底面がＳ極となっており、Ｎ極から出た磁力線がＳ極に戻るような配向用磁場が形成されている。ここで、図３中の磁力線１０の様に、配向用磁石５の外側を通る磁力線もあれば、磁力線１１の様に、円筒状の配向用磁石５の内側を通ってＮ極から出てＳ極に入る磁力線もある。ボンド磁石組成物に含まれる磁性材料の配向に利用するのは、この円筒状の配向用磁石５の内側を通る磁力線１１である。ボンド磁石組成物が流路８を通過する際に、磁性粉末は、磁力線１１の影響を受けて、押し出し方向、すなわち円柱状ボンド磁石の長手方向に配向する。

この円筒状の配向用磁石５の内側を通る磁力線１１を強くするため、配向用磁石５の一方の底面に接して配置させたスペーサー３と、配向用磁石の外側に配置させた保持部材４と、隔壁６と、配向用磁石の他方の底面に配置させた固定蓋７は、非磁性の鋼材とすることが好ましい。押出成形機の本体部１は、通常、磁性鋼が使用されている。そのため、本体部１に配向用磁石を近づけると磁力線が押出成形機の本体部１に奪われ、その結果、磁力線１１は弱くなる。そこで、スペーサー３を入れることにより、磁力線が押出成形機の本体部１に奪われることがなくなり、磁力線の喪失を回避できる。

配向用磁石の保持部材４と、隔壁６と、配向用磁石の固定蓋７とを磁性鋼にすると、同様に磁力線１１が弱くなるため、これらの部材は、非磁性鋼で作製することが好ましい。図４は、押出成形後の円柱状ボンド磁石内における磁性粉末の配向方向を模式的に示す断面図である。この様にして得られた円柱状ボンド磁石成形品１２の内部では、図４に符号１３で示すように、軸方向に沿って磁性粉末が配向している。

配向用磁石５は、希土類焼結磁石を使用することが好ましい。例えば、Ｓｍ−Ｃｏ系やＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石が挙げられる。その磁力は、２５ＭＧＯｅ以上であることが好ましい。

押出成形により得られた成形品は、ボンド磁石組成物を構成する樹脂が熱硬化樹脂やゴム材料である場合には、必要に応じて加熱して硬化させることが好ましい。その加熱温度や加熱時間は、樹脂の種類や磁性粉末の充填率によって決定される。

次いで、着磁装置にて、着磁処理を行う。図５は、着磁装置を構成する空芯コイルの概略図である。図５に示されたように、一定方向にコイル１４を巻いた後、それとは反対方向にコイル１４´を巻き、これを一対として複数回の巻回を繰り返す。このコイル１４、１４´に電源を接続して着磁装置を構成した後、コイルに電流を流すと、そのコイルの内部に、図５に矢印で示すような磁力線１５が形成される。なお、矢印の先をＮ極、その反対をＳ極とする。

図６は、着磁処理後の円柱状ボンド磁石の内部における磁性粉末の配向方向と磁力線を示す模式図である。着磁装置のコイルの内側に、成形された円柱状ボンド磁石を挿入した後、コイルに電流を流すと、円柱状ボンド磁石が先に説明したような磁力線の影響を受けて、図６に示されるように着磁される。ここで、図６中の矢印の先をＮ極、その反対をＳ極とすると、Ｎ極同士及びＳ極同士が向かい合う点ができている。そのＮ極が向かい合った点で、磁力線１８は円柱状ボンド磁石１６の径方向に放射状に放出され、Ｓ極が向かい合った点で、磁力線１８は円柱状ボンド磁石１６の径方向に放射状に入っていく。この磁力線を、円柱状ボンド磁石の外側に示したのが、図６の破線矢印である。図7は、図６のＢ−Ｂ断面における磁力線の放出される様子を示す。図７に示されるように、径方向に放射状の磁力が、略３６０度くまなく放出されていることがわかる。

以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。

＜実施例１＞
異方性Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末をエチルシリケート及びシランカップリング剤で表面処理する。表面処理を行ったＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料を１００重量部、シリコーンゴムを２０重量部、加硫剤を０．２重量部、ラボプラストミルで混練して押出成形用の原料を得る。

本実施例に用いた配向用磁石は、寸法が外径Φ１６ｍｍ×内径Φ４ｍｍ×高さ２０ｍｍで、高さ方向に配向している。材質は、市販のＮｄＦｅＢ焼結磁石（３５ＭＧＯｅ）である。隔壁６は、寸法が外径Φ４ｍｍ×内径Φ3ｍｍで、材質はＳＵＳ３０４（非磁性鋼）である。スペーサー３と、配向用磁石の保持部材４、配向用磁石の固定蓋７もＳＵＳ３０４（非磁性鋼）で作成した。

押出成形機のスクリュー部の温度は４０℃、金型部の温度は４０℃、スクリュー回転数は１０ｒｐｍである。

得られた成形品は、φ３ｍｍ、長さ１００００ｍｍの長手方向に配向した円柱状ボンド磁石である。さらに、この円柱状ボンド磁石を、１５０℃の電気炉に１時間入れて硬化させた。

着磁処理は、径Φ２ｍｍの二重ガラス巻平角銅線を、ピッチ１０ｍｍで左巻きと右巻きを交互に２５個配列し、全長２５０ｍｍ、磁石挿入孔のサイズはΦ４ｍｍのコイルを備えた着磁装置により行った。この磁石挿入孔に、円柱状ボンド磁石を挿入した後、４ｋＡのパルス電流を通電して着磁処理を行った。着磁処理は、２５０ｍｍ毎に４０回にわけて行った。

次いで、５００ｍｍ毎にサンプルを切断し、一方の端に凸状留め具、もう一方の端に凹状留め具を取り付け、磁気ネックレスを作製した。

この円柱状ボンド磁石部分の長さ方向に２５０ｍｍにわたって、表面磁束密度を測定した。その結果を図８に示す。図８に示されるように、約１５０ｍＴの表面磁束密度を得た。図１１は、表面磁束密度の極大である、図８中のａ点に相当する円柱状ボンド磁石の表面上の点から、その円周方向に一周分の表面磁束密度を測定した結果を示す。また、図１２は、表面磁束密度の極小である、図８のｂ点に相当する円柱状ボンド磁石の表面上の点から、その円周方向に一周分の表面磁束密度を測定した結果を示す。これらの結果より、１つの極からは径方向に放射状の磁力が、略３６０度くまなく出ていることが分かる。

＜比較例１＞
実施例１に使用した押出成形機を構成する、スペーサー３と、配向用磁石の保持部材４と、配向用磁石の固定蓋７とをＳＳ４００（磁性鋼）で作製した以外は、実施例１と同様の方法で円柱状ボンド磁石を製造した。実施例１と同様に、表面磁束密度を測定し、その測定結果を図９に示す。

＜比較例２＞
実施例１に使用した金型から、配向用磁石を取り外した以外は、実施例１と同様の方法で円柱状ボンド磁石を製造した。金型から配向用磁石を取り外しているため、磁性粉末は配向していない。実施例１と同様に、表面磁束密度を測定し、その測定結果を図１０に示す。以下の表１に実施例１および各比較例の結果を纏める。

表１によると、配向用磁石有りの方が、配向用磁石なしよりも、表面磁束密度が高くなり、金型の材質を非磁性鋼にしたほうが、磁性鋼にしたよりも、表面磁束密度が高くなることがわかる。

本発明の円柱状ボンド磁石は、製品粉末の中から鉄粉等を除去する異物除去装置や、リニアモータの固定子や、磁気ネックレスに使用可能である。

１・・・押出成形機の本体部、２・・・金型部、３・・・スペーサー、４・・・配向用磁石保持部材、５・・・配向用磁石、６・・・隔壁、７・・・配向用磁石固定蓋、８・・・ボンド磁石組成物の流路、９・・・スクリュー、１０・・・配向用磁石外側の磁力線、１１・・・配向用磁石内側の磁力線、１２・・・着磁前の円柱状ボンド磁石成形品、１３・・・磁性粉末の配向方向、１４、１４´・・・コイル、１５・・・着磁コイルによる磁力線、１６・・・着磁後の円柱状ボンド磁石成形品、１７・・・着磁方向、１８・・・円柱状ボンド磁石の磁力線、２０・・・従来の磁気ネックレス、２１・・・被覆部、２２・・・磁石部。

Claims (5)

1. 異方性の磁性粉末と樹脂とからなるボンド磁石組成物を押出成形することにより得られる円柱状ボンド磁石の製造方法において、
   軸方向にアキシャル配向された円筒状磁石を、配向用磁石として押出成形用金型に配置することにより、その円筒状磁石の内側の空間に、軸方向に沿った磁力線を有する配向用磁場を形成する工程と、
   前記配向用磁場内に前記ボンド磁石組成物を通過させることにより、軸方向に前記磁性粉末を一様に配向させるとともに、前記ボンド磁石組成物を押出成形する工程と、
   金属細線を正逆それぞれの方向に複数回巻回させてなる少なくとも一対の空芯コイルを備えた着磁装置を準備する工程と、
   前記着磁装置にて、前記押出成形されたボンド磁石組成物を着磁処理する工程と、を有しており、これらの工程により、円柱状ボンド磁石の径方向に放射状に出入りする磁力線を形成することを特徴とする円柱状ボンド磁石の製造方法。
2. 前記配向用磁石に接する押出成形用金型が、非磁性鋼により構成されている請求項１に記載の円柱状ボンド磁石の製造方法。
3. 前記磁性粉末が、異方性Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末である請求項１または２に記載の円柱状ボンド磁石の製造方法。
4. 前記樹脂が、シリコーンゴムである請求項１から３のいずれか一項に記載の円柱状ボンド磁石の製造方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項の製造方法を利用した磁気ネックレスの製造方法。

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