JPH0239852B2 - Ringujojiseiseikeitainoseizohoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はリング状磁性成形体の製造方法に関す
るものであり、特に磁性粉末を含む樹脂組成物の
射出成形により、極配向したリング状磁性成形体
を製造する方法に関するものである。

リング状磁石は小型モーターを始め、各種の用
途に広く用いられている。これらのリング状磁石
は、主にフエライト等の磁性粉末を焼結して磁気
的に等方性のリング状成形体とし、これに多極着
磁を行なうことにより製造されている。また、磁
性粉末をゴムやプラスチツクと練り合せて磁気的
に等方性のリング状成形体とし、これに多極着磁
したプラスチツク磁石も用いられている。高性能
の磁石を製造するには、磁性粉末を成形してリン
グ状にする過程において、磁性粉末に配向を起さ
せて磁気異方性を有するリング状成形体とするの
が望ましい。そして磁性粉末の配向が揃つている
ほど磁気特性に優れた磁石が得られる。特願昭58
−54139には、このような磁性粉末の配向が放射
方向に揃つたリング状成形体の工業的に有利な製
造法が開示されている。

しかしながら、磁性粉末が放射方向に配向した
リング状成形体は、通常、いつたん脱磁したのち
所望の極数に着磁して磁石とするが、往々にして
脱磁が不十分で、磁石としての性能を十分に発揮
しないことがある。また一般にリング状成形体の
長さは内径の50％以下でなければならず、長さが
これよりも大きくなると放射方向への配向が良好
に行なわれ難くなる。

本発明は放射方向配向に代えて長さの制限のな
い極配向したリング状成形体の製造法を提供する
ものである。

本発明によれば、 (1) 金型と、この金型に磁場を発生させ得るよう
に金型と分離して設けられているソレノイドコ
イルとを有する成形装置であつて、該金型は外
型に設けた孔とこの孔に挿入されていて比透磁
率の大きい材料で構成されている内型とで形成
されているリング状キヤビテイを有しており、 (i) 該キヤビテイの外側壁には 複数個の比透磁率の大きい第１の磁性部材
と、これと同数の同じく比透磁率の大きい第
２の磁性部材と、所望によりこれら第１およ
び第２の磁性部材間に介在している比透磁率
の小さい非磁性部材とが、第１の磁性部材相
互間には第２の磁性部材が介在し、かつ第１
の磁性部材と第２の磁性部材とが実質的に磁
気的に遮断されるように、環状に配置されて
おり、 (ii) 第１の磁性部材の各々は、該ソレノイドコ
イルと磁気的に接続されている 成形装置の該キヤビテイに、磁性粉末を含む
磁石用組成物を磁性粉末が変位し得るように充
填して外型、磁石用組成物および内型を磁気的
に結合し、該ソレノイドコイルに電流を通して
該第１の磁性部材の各々に内型に対して同一方
向の磁場を発生させ、該キヤビテイ部において
磁場を第１の磁性部材から内型を経て第２の磁
性部材に又はその逆方向に向けることにより、
キヤビテイ内の磁性粉末に極配向を生起させ、
次いで磁石用組成物を固化させることによりリ
ング状磁性成形体を製造することができる。

本発明について更に詳細に説明すると、本発明
は磁性粉末を含む磁石用組成物を成形してリング
状成形体とする過程において、磁性粉末をリング
内で極配向、すなわちリングが半径方向に４個以
上の偶数個の帯域に区分され、各帯域内で磁性粉
末は半径方向に配列されているが相隣る帯域同志
では磁性粉末の極性が逆になるように配列させる
方法である。磁性粉末を含む磁石用組成物を成形
してリング状の成形物とすることは公知であり、
その方法としては磁性粉末を加圧成形したのち焼
結する方法と、磁性粉末にエポキシ樹脂やナイロ
ン樹脂を混合したものを押出成形したり射出成形
したりする方法が一般に行なわれている。本発明
方法はこれらのいずれにも適用できるが、特に高
い生産性を発揮できる射出成形に有利に適用でき
る。また特開昭54−23997号に記載のように、リ
ング状に成形したプラスチツク磁石素材を金型内
で再溶融して磁気的異方化を行なう場合にも適用
することができる。

本発明で用いる金型は外型と内型とから成つて
おり、外型に設けた孔の周壁と、この孔中に挿入
された内型の周壁とでキヤビテイの側壁が形成さ
れている。本発明では金型に複数のキヤビテイを
設けても差支えないので、複数のキヤビテイを有
する金型を用いて高い生産性を享受するのが有利
である。内型は、磁束が通り易いように、比透磁
率（本明細書で比透磁率とは、真空中での透磁率
に対する比であり、その材料のＢ−Ｈ曲線での勾
配の最大値を意味する）の大きい材料、通常は比
透磁率が50以上、好ましくは100以上の材料、例
えば比透磁率が80〜200のSKD材で製作される。
内型は単一の部材から成つていてもよく、また複
数個の部材から成つていてもよい。内型の上下端
は通常、キヤビテイの上底および下底面と一致さ
せる。なおキヤビテイの上底および下底は、磁束
がこの部分を通らないように、比透磁率の小さい
材料、例えばベリリウム銅などの非磁性体で製作
される。

金型の外径は、磁気特性上、複数個の比透磁率
の大きい第１の磁性部材と、これと同数の同じく
比透磁率の大きい第２の磁性部材と、第１および
第２の磁性部材間に介在してこれらを磁気的に遮
断している比透磁率の小さい非磁性部材とから本
質的に構成されている。これらの各部材も単一の
構成片から成つていてもよく、また複数の構成片
から成つていてもよい。第１の磁性部材と第２の
磁性部材とは、キヤビテイを形成する孔の周壁
に、交互にかつ相互に実質的に磁気的に遮断され
た状態で環状に配置されている。すなわち孔の周
壁は、第１の磁性部材と第２の磁性部材とで実質
的に構成されており、その配置は第１の磁性部材
の各々の両側に第２の磁性部材が存在し、かつ第
１の磁性部材と第２の磁性部材とは実質的に磁気
的に遮断された状態になければならない。この両
部材の磁気的遮断を達成するために、所望ならば
両部材の中間に非磁性部材を介在させ、両部材を
物理的にも接触しないようにすることもできる。
この場合には、孔の周壁は第１の磁性部材、第２
の磁性部材および非磁性部材の三者で構成される
ことになる。

金型の外部には、金型に磁場を発生させ得るよ
うにソレノイドコイルが配置されている。ソレノ
イドコイルは通常ポールピースを有しており、ポ
ールピースは金型の第１の磁性部材と磁気的に結
合している。通常は第１の磁性部材の端部がポー
ルピースと接触して、両者間の磁気的結合を保つ
ている。しかし所望ならばポールピースと第１の
磁性部材との間に、磁束を導く他の導体が介在し
ていてもよい。従つて本発明においてはポールピ
ース−第１の磁性部材−キヤビテイ内の磁石用組
成物−内型−第２の磁性部材からなる磁気回路が
形成される。第２の磁性部材はさらにポールピー
スの他端と接続して閉回路を形成していてもよ
い。

本発明を図面を参照して更に具体的に説明する
と、第１図は本発明で使用する成型装置のソレノ
イドコイル、外型を構成する第１の磁性部材、第
２の磁性部材および非磁性部材並びに内型の配置
関係を示すものであり、成型装置のキヤビテイの
中心軸に垂直な断面、すなわち第２図のＡ−
A′線に沿う断面図に相当する。図中１はポール
ピース、２はこれを囲繞するソレノイドコイル、
３はその端部でポールピースと接触してこれと磁
気的に結合している第１の磁性部材、４は内型、
５は第２の磁性部材、６は非磁性部材、７はキヤ
ビテイである。（本発明は使用する成形装置の各
部分の磁気的相互関係に特徴を有するものである
ので、キヤビテイへの磁石用組成物の供給手段お
よびキヤビテイからの成形体の取出し手段等の成
形装置の機械的構成は公知のものに準ずればよい
ので、図ではすべて省略されている。）第１の磁
性部材と第２の磁性部材とは、キヤビテイのまわ
りにキヤビテイの外側壁を構成するように交互に
環状に配置されており、両部材間には両部材の磁
気的結合を遮断するために非磁性部材６が介在し
ている。なお第１図では、第１の磁性部材と第２
の磁性部材とが物理的にも接触しないように、キ
ヤビテイの外側壁の一部が非磁性部材で構成され
ているが、所望ならば第１の磁性部材と第２の磁
性部材とをキヤビテイに面する部分の両端部で接
触させるようにして、キヤビテイの外側壁を第１
と第２の磁性部材だけで構成することもできる。
第１と第２の磁性部材がその端部で接触していて
も、この部分は直ぐ磁気飽和するので、ここを通
る磁束は僅かであり、ほぼ無視することができ
る。

第１図の装置を用いて極配向したリング状成形
体を製造するには、先ずキヤビテイ７に磁石用組
成物を磁性粉末が変位、すなわちその位置や姿勢
を変え得るように充填する。磁性粉末としてはフ
エライトをはじめ任意のものを用い得るが、高性
能の磁石を与えるサマリウム−コバルト合金など
稀土を含む合金が好ましい。このような合金の粉
末に十分な配向を起させるには8KOe以上の空間
磁場の強さを必要とするが、本発明によればキヤ
ビテイ内に容易にこのような強い磁場を発生させ
ることができる。

キヤビテイ内に磁石用組成物を充填したのち、
左右のソレノイドコイルに逆向きの電流を通ずる
と、各ポールピースからこれと接触している第１
の磁性部材に又はその逆方向に磁場が発生する。
第１および第２の磁性部材並びに内型と磁石用組
成物との比透磁率が大きく異なり、かつ第１およ
び第２の磁性部材は非磁性部材により磁気的に遮
断されているので、ポールピース→第１の磁性部
材→キヤビテイ内の磁石用組成物→内型→キヤビ
テイ内の磁石用組成物→第２の磁性部材の順に又
はその逆方向に磁束が流れ、キヤビテイ内の磁石
用組成物の磁性粉末がこの方向に配向する。配向
が完了したときに組成物を固化させると、極配向
した成形体が得られる。なおソレノイドコイルへ
の電流の供給は、キヤビテイ内へ磁石用組成物を
充填する以前から行なつてもよいことは勿論であ
る。

本発明においては、キヤビテイ部を通過する磁
束が閉回路を形成していない場合、すなわち第２
の磁性部材の端部がポールピースと磁気的に結合
していない場合には、第２の磁性部材の末端から
の磁束の漏洩がキヤビテイ部の磁場にできるだけ
影響を及ぼさないように、第２の磁性部材により
磁束をできるだけ遠くまで導くのが好ましい。第
１図の装置において第２の磁性部材を長くしてあ
るのは、この点を考慮したものである。一般には
第２の磁性部材の末端をキヤビテイ部からキヤビ
テイの直径の２〜５倍離れた位置にもつてくるよ
うにすればよい。

本発明においては、キヤビテイ部にできるだけ
磁束を集中させることが必要である。このために
は第１および第２の磁性部材の厚さをキヤビテイ
の高さよりも厚くし、かつキヤビテイに向けて上
下両面から傾斜をつけるのが好ましい。第２図は
このようた成型装置の１例の第１の磁性部材の中
心を通る線に沿う、すなわち第１図のＡ−A′に
沿う縦断面図であり、第１の磁性部材の端部が上
下ともキヤビテイ部に向けて斜に形成されている
（図には示れさていないが第２の磁性部材の端部
も同様の形状とする）。磁性部材の厚さはキヤビ
テイの高さの２倍以上、特に３倍以上とするのが
好ましい。第２図において８はキヤビテイの上
底、９は同じく下底であり、外型の非磁性部材と
同じく、比透磁率の小さい材料、例えばベリリウ
ム銅などの非磁性体で製作される。

第１図および第２図は４極の成形体を製造する
装置であるが、本発明ではさらに多極の成形体を
製造することもできる。例えば第３図は６極の成
形体を製造する装置の１例のソレノイドコイル、
外型を構成する第１の磁性部材、第２の磁性部材
および非磁性部材、並びに内型の配置関係を概念
的に示す図であり、４極の場合の第１図に相当す
る。なお、第３図においては、第２の磁性部材
は、第４図Ａに示すようにキヤビテイの上下方向
に長く延びていて、その末端からの磁気の漏洩が
キヤビテイ部の磁場に影響しないように構成され
ている。

本発明は１個のキヤビテイを有する金型で行な
うこともできるが、生産性を高めるため好ましく
は複数のキヤビテイを有する金型を用いて行なわ
れる。第５図は、第１図および第３図と同じく、
このような複数のキヤビテイを有する金型を使用
する場合の１例のソレノイドコイル、外型を構成
する第１の磁性部材、第２の磁性部材および非磁
性部材、並びに内型の配置関係を示すものであ
り、第６図のＡ−A′線に沿う断面図に相当する。
同図においては２つのキヤビテイの間に存在する
それぞれのキヤビテイの第２の磁性部材が結合し
て１個の磁性部材となつているが、所望ならばこ
れはそれぞれのキヤビテイ専用の部材に分離する
ことも可能である。また各キヤビテイの第１の磁
性部材は各別にポールピースに接続しているが、
これはまとめてポールピースに接続するようにす
ることもできる。さらに第２の磁性部材は、この
場合も第６図Ａに示すように、キヤビテイの上下
方向に延びている。一般にはキヤビテイの上底お
よび下底から上下にそれぞれキヤビテイの直径の
２倍以上、好ましくは２〜５倍突出させる。第６
図ＡおよびＢは、それぞれ第５図のＡ−A′およ
びＢ−B′に沿う縦断面図であり、第１の磁性部
材３および第２の磁性部材５はいずれもキヤビテ
イに向つてその端部が斜に形成されていて、磁束
がキヤビテイ７に集中するようになつている。上
底８および下底９の背後には、それぞれこれと同
じく非磁性の材料で製作されている裏打ち材１１
および１２が配置されていて、金型の機械的強度
を保つようになつている。なお第６図ＡおよびＢ
において、第２の磁性部材は、その上下端におい
て、これらを連結する磁性部材１０により相互に
磁気的に結合されていて、磁束の漏洩がキヤビテ
イ部に及ぼす影響を軽減している。

本発明においては、キヤビテイ内において、磁
束を外型の第１の磁性部材から内型へ及び内型か
ら外型の第２の磁性部材へと又はその逆方向へ
と、できるだけ完全に向けるようにすることが重
要である。これを実現する一つの手段は、キヤビ
テイ内の磁石用組成物に比してキヤビテイ部を構
成する磁性部材の比透磁率を大きくすることであ
る。通常は磁石用組成物に対し30倍以上の比透磁
率を有する材料を用いる。磁性粉末の配向の点か
らは、この比が大きいほど好ましい。しかし工業
的に用い得る材料の比透磁率は最大でも10⁵程度
であり、かつこのような比透磁率の大きい材料を
磁性材料として全面的に使用することは現状では
困難である。現状で金型を製作する磁性材料とし
て使用し得るのは、強度、硬度、加工性等の点か
ら最大でも比透磁率が500程度のものであり、通
常は比透磁率が80〜200程度のSKD材が用いられ
ているが、本発明の金型もこのような材料で製作
することができる。

本発明におけるキヤビテイ部の磁場について例
示すると、幅約28ｍ／ｍ、高さ80ｍ／ｍ、長さ30
ｍ／ｍの磁性材料（比透磁率約100、最大飽和磁
束密度約17KG）を４個準備し、その各各の一端
を、直性39.5ｍ／ｍの円弧を形成するように加工
し、さらに中央部に長さ40ｍ／ｍの直線部分を残
して上下両面から45°の角度に斜めに切削した。
また別に磁性材料で直径35.5ｍ／ｍ、長さ40ｍ／
ｍの円柱を製作した。木製の台座の上に上記で製
作した４個の部材を直径39.5ｍ／ｍの円環状に配
置して外型とし、かつその中央部に上記で製作し
た円柱を配置して内型として金型のモデルとし
た。これをポールピースを有するソレノイドコイ
ルの中間に、第１の磁性部材とポールピースとが
接触するように、かつ第１の磁性部材がポールピ
ースの端から約1/4の位置にくるように配置した
（第７図参照）。なお、第２の磁性部材の端部は別
の磁性部材でポールピースの他端と接続して磁気
的閉回路を形成させた。ソレノイドコイルに
30000（AT）の電流を通し、キヤビテイ部の図示
部分における半径方向の磁場を測定した。結果を
下記に示す。

測定箇所 磁場の強さ（KG） Ａ−Ｘ ＋13.7 A′−Ｘ ＋12.4 Ｂ−Ｘ −14.3 B′−Ｘ −12.2 Ａ−Ｙ ＋14.0 A′−Ｙ ＋12.5 Ｂ−Ｙ −14.5 B′−Ｙ −12.3 なお、磁場の強さの値で＋は半径方向外向き、
−は内向きを表わし第７図Ａの矢印は磁場の方向
を示している。この測定結果から明らかなよう
に、本発明においてはキヤビテイの各部分の磁場
の強さがほぼ均一であり、従つてキヤビテイに充
填した磁石用組成物中の磁性粉末に均一かつ十分
な極配向を生起させることができる。また、本発
明においては磁気特性上からのキヤビテイの深さ
に対する制限がないので、長いリング状磁石を製
作するのに有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる成形装置の１例の水平
断面図である。第２図は第１図の装置のＡ−
A′線に沿う縦断面図である。第３図は本発明で
用いる成形装置の他の例の水平断面図である。第
４図Ａは第３図の装置のＡ−A′線に沿う縦断面
図である。第４図Ｂは第３図の装置のＢ−B′線
に沿う縦断面図である。第５図は本発明で用いる
更に他の成形装置の水平断面図である。第６図Ａ
は第５図の装置のＡ−A′線に沿う縦断面図であ
る。第６図Ｂは第５図の装置のＢ−B′線に沿う
縦断面図である。第７図Ａは実験装置の平面図で
ある。第７図Ｂは第７図ＡのＣ−C′線に沿う縦断
面図である。 １……ポールピース、２……ソレノイドコイ
ル、３……第１の磁性部材、４……内型、５……
第２の磁性部材、６……非磁性部材、７……キヤ
ビテイ、８……上底、９……下底、１０……磁性
の結合材、１１……非磁性の上底裏打材、１２…
…非磁性の下底裏打材、１３……木製の台座。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金型と、この金型に磁場を発生させ得るよう
   に金型と分離して設けられているソレノイドコイ
   ルとを有する成形装置であつて、該金型は外型に
   設けた孔とこの孔に挿入されていて比透磁率の大
   きい材料で構成されている内型とで形成されてい
   るリング状キヤビテイを有しており、 (i) 該キヤビテイの外側壁は 複数個の比透磁率の大きい第１の磁性部材
   と、これと同数の同じく比透磁率の大きい第２
   の磁性部材と、所望によりこれら第１および第
   ２の磁性部材間に介在している比透磁率の小さ
   い非磁性部材とを、第１の磁性部材相互間には
   第２の磁性部材が介在し、かつ第１の磁性部材
   と第２の磁性部材とが実質的に磁気的に遮断さ
   れるように、環状に配置して構成されており、 (ii) 第１の磁性部材の各々は、該ソレノイドコイ
   ルと磁気的に接続されている 成形装置の該キヤビテイに、磁性粉末を含む磁
   石用組成物を磁性粉末が変位し得るように充填し
   て外型、磁石用組成物および内型を磁気的に結合
   し、該ソレノイドコイルに電流を通して該第１の
   磁性部材の各々に内型に対して同一方向の磁場を
   発生させ、該キヤビテイ部において磁場を第１の
   磁性部材から内型を経て第２の磁性部材に又はそ
   の逆方向に向けることにより、キヤビテイ内の磁
   性粉末に極配向を生起させ、次いで磁石用組成物
   を固化させることを特徴とするリング状磁性成形
   体の製造方法。 ２ 金型が複数のキヤビテイを有していることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のリング状
   磁性成形体の製造方法。 ３ 隣接するキヤビテイのそれぞれの第２の磁性
   部材の少くとも一部が結合してそれぞれのキヤビ
   テイに共通の１個の磁性部材を構成していること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載のリング
   状磁性成形体の製造方法。 ４ 第２の磁性部材がキヤビテイの上底および下
   底面からキヤビテイの軸方向にキヤビテイの外直
   径の３倍以上突出していることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載
   のリング状磁性成形体の製造方法。 ５ それぞれポールピースを有する２個のソレノ
   イドコイルの中間に金型が配置されており、各ポ
   ールピースは外型の第１の磁性部材の端部と磁気
   的に結合していることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第４項のいずれかに記載のリング
   状磁性成形体の製造方法。 ６ キヤビテイ部における第１および第２の磁性
   部材並びに内型の比透磁率とキヤビテイ内の磁石
   用組成物の比透磁率の比が30以上であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項のい
   ずれかに記載のリング状磁性成形体の製造方法。 ７ キヤビテイの外側壁を構成する第１の磁性部
   材の各々の磁束がほぼ等しいことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記
   載のリング状磁性成形体の製造方法。 ８ 磁石用組成物が磁性粉末と熱可塑性樹脂とよ
   りなつており、キヤビテイへの磁石用組成物の充
   填が射出成形により行なわれることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに
   記載のリング状磁性成形体の製造方法。 ９ 金型に磁場を発生させた状態でキヤビテイへ
   の磁石用組成物の充填を行なうことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに
   記載のリング状磁性成形体の製造方法。