JPH03236207A - 多極異方性樹脂磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、小型高性能モータ等に利用される多極異方性
樹脂磁石およびその製造方法に関する。

［従来の技術］ 磁性粉な含む樹脂を円柱状等に成形し、その外周面に異
方性磁極の多数を設けた樹脂磁石は、モータ等の磁性部
材から構成される部分に用いることによってモータ等の
小型化、軽量化が容易であるなどの点から、種々の分野
において利用され、あるいはその利用が検討されつつあ
る。

樹脂磁石の応用範囲の拡大に応じて、高磁気工エネルギ
ーを有し、かつ磁極のシャープな高性能樹脂磁石を得る
ための種々の試みがなされている。

例えば、特開昭５７−３５３０６号公報等には、８０重
量％〜９０重量％以トと高密度に磁性粉を含有させた熱
可塑性樹脂を、磁性粉の配向用（異方性化）のための磁
界中で射出成形し、得られた成形品に着磁することによ
る多極異方性磁石の製造方法か開示されている。

［発明か解決しようとする３題］ 磁性粉を含有させた樹脂材料を用いて得られる樹脂磁石
における磁力は、磁力有効領域を形成する磁性粉の譬や
磁性強度によって主に決定される、なお、磁力有効領域
とは、着磁によって生成するＷｔ器回路と同一の磁気的
方向を有する磁場処理により磁性粉が配向する領域であ
る。

ところが、■−述の特開昭５７−３５　：］　（ｌ　５
号公報等に記載の方法て得られる樹脂磁石では、磁性粉
含有量か高いために磁力有効領域か形成されない樹脂磁
石中央部にも磁性粉が高含有９て含まわることになる。

これは、磁性粉含有量が高いとＷｔ性粒粉同志凝集など
磁性粉間の干渉が大となる為、お互いの動きを妨げる結
果とな）て極配向磁場では磁石表面付近の磁力有効領域
へ十分に引き寄せることはできないつこの傾向は磁石の
極数が多くなると極配向！ｆｆ場が磁石表面方向へ移行
してしまう為層悪くなる。すなわち、従来例では樹脂磁
石の磁力強度に貢献しない磁性粉が中央部に相当量含有
されることになる。従って、この方法で得られる樹脂磁
石は、磁性粉の有効利用という観点においてなお改善す
べき問題を有するものであった。

特に、より高性能な樹脂磁石を得るためにしばしば磁性
粉として使用される希土類Ｍｉ石粉末は、フェライト磁
石粉末等に比較して非常に高価であるため、これら希土
類磁石粉末を利用する場合には、樹脂磁石中での磁性粉
の有効利用は高性能樹脂磁石の低コスト化において重要
である。

更に、磁性粉をより有効に利用し、磁性粉含有量を減ら
すことができれば、樹脂磁石自体の軽量化も行なえる。

また、上述の従来技術におけるように、熱可塑性樹脂に
８０〜９０重量％と高濃度で含有させると、流動性が非
常に悪化するため、射ｄ成形において高型温、高樹脂温
、高射出圧、高射出速度が必要となる。そのため、型や
、成型機にコストにかかる特別な構成の付加が必要であ
り、型や成型機も大型化し、このことも製造コストの増
大を招く原因となっている。更に、通常用いられている
型材からなる型では、高圧成形に対応させるために型の
能力容量に制限があり、また高圧、高温での成形におい
て耐久性の高い型を得ることが困難である場合も多い。

と述のように樹脂磁石の中央部分に磁性粉を含有するか
磁力に貢献しない部分、すなわち非磁力有効領域が形成
されて、磁性粉が有効に利用されないという問題を解決
する方法として、非磁力有効領域に軸等をインサートし
て樹脂磁石を製造する方法が知られている。

ところがこのようなインサート成形法によれば、磁石の
磁力に貢献しない領域に軸等をインサートするために磁
性粉の有効利用という点で改善はされるが、依然として
、磁性粉を８０ｗｔ％〜９０＋ｆｔ％含存した樹脂を型
内に射出するため、成形機、型の能力容量、耐久性等に
問題が残る。さらに、インサート成形したことで、逆に
型が複雑となったり、工程数が増えるなどの欠点が生じ
る。

方、特開昭５３−２８１４号公報、特開昭５３−１４１
４９９号公報には、多極配向磁場により着ｉｆ＆磁極部
の磁性粉含有量を他の部分よりも増大させて高性能多極
異方性樹脂磁石を得る方法が開示されている。

しかしながらこれら公報に開示の方法では、２極あるい
は４８ｉｉ（外径φ３０）といった極数の少ない樹脂磁
石の製造においては磁性粉の有効利用という点で効果を
発揮することが予想されるが小型高性能ステッピングロ
ータ等に通常使用される６極以上で小径な樹脂磁石の製
造においては上記のような効果を期待するのは事実−ト
無理である。それは、極数が４極より増加するに従い極
異方性配向の原理である磁気回路となる隣接する磁極対
間において、それを最短距離で結ぶ弦となる＠極ギャッ
プ間のいちばん磁場の強くかかる部分がキャビティーの
中心部に対して極数が増えるほど外側の表面方向へ移動
してしまうことである。

この為に磁力線は例えば第１図〜第３図に矢印で示すよ
うに直接キャビティーのまわりの磁極間でリークしてし
まい、中心部においては磁極のキャップ間のパーミアン
スによって定義される非常に弱い漏れ磁束によってしか
磁性粉を引きよせることかできず、したかってＷｔ極部
近傍に十分に磁性粉を収束させることはできない。

本発明の目的は、磁性粉が磁力発生に効率良く利用され
る構造の多極異方性樹脂磁石及びそれを製造するための
方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、磁性粉を有効に利用できる構造を
有することで、磁性粉含有量の低減化とそれにともなう
小型軽量化、コストダウンの可能な多極異方性樹脂磁石
及びその製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、高性能多極異方性樹脂磁石の小型
軽量化、コストダウンを可能とする製造方法を提供する
ことにある。

本発明の他の目的は、高温、高圧下での成形に必要な高
価な特別な構成を持たない成形機を利用して高性能多極
異方性樹脂磁石を低コストで製造できる方法を提供する
ことにある。

「課題を解決するための手段］ 本発明の多極異方性樹脂磁石の製造方法は、磁性粉を含
む液状の反応硬化性樹脂を成形用金型内に注入し、多極
配向用磁場を印加して多極異方性樹脂磁石を製造する方
法において、（ａ）成形用金型内に反応硬化性樹脂を注
入する過程と、 （ｂ）所望の極数よりも少ない極数の磁極からの磁場を
成形用金型内の未硬化状態の樹脂に印加し、該磁場に応
じた磁力有効領域に該樹脂中の磁性粉を偏在、配向させ
る過程と、 （ｃ）過程（ｂ）において偏在、配向した磁性粉に、更
に所望の極数からの磁場を加えた状態で樹脂の反応硬化
を完了させ、該磁場に応じた磁力有効領域に磁性粉が偏
在、配向した多極異方性硬化樹脂からなる磁石を得る過
程とを含むことを特徴とする。

なお、上記過程（ｂ）を複数の過程に分割して、分割さ
れた各過程において印加磁極数を順次増加させて最終的
に過程（ｃ）に続けても良い。

本発明で用いる反応硬化性樹脂としては、モノマー、オ
リゴマー、ポリマーから選択した１種以上と必要に応じ
た硬化剤等を含む組成物が利用でき、例えば、ウレタン
、ナイロン、アクリル樹脂等の樹脂成分に硬化剤を混合
したもの等が挙げられ、上記過程（ｂ）及び（ｃ）を行
なうのに十分な硬化時間（必要成分の混合から硬化まで
の反応時間）を有するものが使用される。

樹脂に含有させる磁性粉としては、例えばネオヅ鉄、Ｓ
ｒフェライトなど、希土類磁石粉末、フェライト磁石粉
末等様々のものが利用できる。なお、本発明の方法によ
れば、磁性粉末の有効利用か可能であるので、高価な希
土類磁石粉末を用いた場合においても製造コストの上昇
を最少限に抑えることができる。

原料樹脂への磁性粉の含有量は、所望とする樹脂磁石の
磁性強度等に応じて適宜選択すれば良いが、樹脂の型内
での流動性や磁界印加時における磁性粉の樹脂内での移
動、配向性を考慮した場合、７０重量％以下、好ましく
は５０〜７０重量％とされる。

本発明においては、例えば磁性粉の含有量が５０〜７０
重量％である反応硬化性樹脂を用いることで、８０〜９
５重量％と高濃度で磁性粉を含有する磁力有効領域を得
ることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の方法の一例を説明する
。

まず、第４図のフローチャートに示す工程によって、磁
性粉を含有する反応硬化性樹脂を調製し、第１図に示す
構成の金型キャビティー７内に注入する。

この金型は、円柱状成形物を得るためのキャビティー７
の周面に、バックヨーク４により支持された硬磁性材（
永久磁石）３、電磁石コイル６に通電することで励磁す
る磁極５とが所定の間隔で配列された構成を有する。

この金型においては、永久磁石３により発生する磁力線
２は第４図に示すｗｔ極間ギャップエ０によって定義さ
れるパーミアンスに従いバックヨーク４を通ってキャビ
ティー７内に流れ込む。

そこで、キャビティー７内に上述のように磁性粉を含有
した未硬化状態の反応硬化性樹脂を注入すると、磁性粉
は磁力線２の方向に添って偏在、配向される。

なお、この過程において永久磁石３の間隔か十分取られ
ていることによって、キャビティー７の中央部付近まで
磁力線２がとどくために、第２図に示すようにキャビテ
ィー内の磁性粉８を効率良く磁力有効領域に偏在させる
ことができる。

これに対して、最初から多磁極からの磁界印加を行なう
場合、磁力線の流れは第４図に示す′＠極間ギャップ９
によって定義されるパーミアンスに従フて、第３図に１
１で示すようになり、キャビティー中央部にまでとどか
ず、キャビティー中央部付近の磁性粉を磁力有効領域に
効果的に偏在することか困難となる。

従って、永久磁石３の配置は、印加磁界がキャビティー
中央部まで有効に作用でき、かつ第３図に示すように極
数を増加させた際の磁界が作用する領域まで磁性粉を引
き寄せることのできるギャップ及び強度を持って行なわ
れ、磁石３の配置個数は成形品の内径や極数等との関係
において決定される。

第２図に示す磁性粉の偏在、配向状態か得られたところ
で、次に電磁石コイル６に電流を流し、磁石５　（５−
１，５−２）を励磁する。この時、上述したように第４
図に示す各磁極間のギャップ９によって定義されるパー
ミアンスに従って、各磁極（３，５）及びパックヨーク
４を通って第３図に示すように磁力線１１がキャビティ
ーに流れ込み、永久磁石３からの磁界で偏在、配向され
た磁性粉８か新らたに印加された磁界に対応して配向さ
れる。第３図に示すような磁性粉の配向状態を保持しつ
つ反応硬化させて取り出すると第６図に示す成形品が得
られる。硬化状態は、熱可塑性樹脂のように型内に射出
すると同時に冷却固化が始まってしまうのとは違って、
樹脂と硬化剤の組合せおよびその混合比、型の加熱状態
等によって最適にすることができるため、磁性粉の十分
な偏在、配向状態を固化するまでに得ることができる。

なお、磁界の印加は、少なくとも、キャビティー内の樹
脂中での所望とする磁性粉の偏在、配向状態が樹脂の硬
化にともなって安定し、かつ所望の磁力が得られるまで
行なえば良い。

上述の例では、磁石５の励磁に際して、磁石５−１．５
−２を同時に励磁しているか、まず、磁石５−１（また
は５−２）を励磁してから磁石５−２（または５〜１）
を励磁しても良い。

本発明に用いる金型における永久磁石３の配置としては
、６ｔ！ｉｉ以上の多極の場合はいずれも４極配置でそ
の間隔もできるだけ等間隔が良い。

また、各磁極（３，５−１，５−２）の磁力は、所望と
する製品の設計に応じて決定され、同一としても良く、
異ならせても良い。

更に、上述の例では、永久磁石と電磁石コイルを組込ん
でいるが、必ずしもこの組合せでなくともよく、例えば
永久磁石の代わりに第１図の磁極５と同じく電磁石コイ
ルを磁極に巻き、磁性粉の偏在時と配向時によってその
電磁石コイルの電流の流し方を変えてやればよいし、あ
るいは、電磁石コイルを金型外に設置し、強磁性材ブロ
ックにより偏在時と配向時によって開閉ループの磁気回
路を作ってやれば励磁される磁極と励磁されない磁極を
作ることができるので第１図〜第５図で説明した本発明
の方法を実施することができる。永久磁石の代わりに電
磁石を使用する場合は、注入前から（これは永久磁石の
場合に相当）でもよいし、注入中または注入充填時でも
よい。ただし、成形サイクルの面から考えると最低充填
完了時までには励磁する。

［実施例］ 実施例 サマリウムコバルト（Ｓ−Ｇｏ５）粉末（粒径：１〜３
−程度）を６７重量％含む反応硬化性エポキシ樹脂（硬
化時間＝１分）を調整し、永久磁石３によって磁界が印
加されている第１図に示す構成の金型キャビティー７内
に注入、充填し、その状態を３秒間保持させた。

なお、キャビティー７は外径６ＩＩＩＩＩｌ、長さ７ｎ
ＩＩ１１の円柱状の成形品を形成できるように構成され
ており、永久磁石３の磁力強度は、キャビティー表面で
２０にＧであった。

次に、電磁石コイル６に電流を通し、磁極５（５−１及
び５−２）を永久磁石３と同程度の磁力に励磁し、その
状態を１分間保持させた。

なお、本成形品を得る為に反応射出成形装置の２個のフ
ィードタンク内に、磁性粉含有の主剤（第１液）及び硬
化剤（第２液）を仕込み、循環させながら約４０℃に保
った。次に該第１液と第２液を混合ノズルを通じて９０
℃の金型内に混合射出し約１分間保持後、型を開き押し
出しピンにより離型した。離型抵抗を小さくする為に、
型開時には電磁石コイルによる励磁は行なわれなかった
。

得られた円柱状の樹脂磁石の軸に対して垂直な断面にお
ける周辺部の磁極の形成状態と、磁性粉の偏在、配向状
態は磁石断面をラッピングし断面を金属顕微鏡で観察し
、磁性粉含有量は磁石より小片を抽出し焼成することに
より調べたところ、第５図に示すように周辺に１２極の
異方性磁極が形成され、かつ磁性粉の大部分が周辺方向
に偏在、配向されており、磁力有効領域の磁性粉含有量
は９２重量％、中央部付近の磁性粉含有量は５重量％で
あった。

更に、従来公知の着磁方法により、得られた樹脂磁石を
着磁しその表面磁束密度を計測したところ、８３０Ｇで
あり、その重量は０．６５ｇであった。

比較例１ 全磁極（３，５−１，５−２）から磁界をキャビティー
７内に印加した状態で、磁性粉を含む反応硬化性樹脂を
注入、充填し、その状態を１分間保持させる以外は、実
施例と同様にして、円柱状多極（１２極〉異方性樹脂磁
石を得た。

得られた樹脂磁石の着磁後の表面磁束密度は５５０Ｇで
あり、その重量は０．６５ｇであ）た。

また、実施例と同様にして軸に対して垂直な断面におけ
る磁極の形成状態と磁性粉の分布を調べたところ、断面
周辺に１２極の異方性磁極が形成され、周辺方向に磁性
粉が偏在している磁力有効領域の磁性含量が７５重量％
、中央部付近の磁性粉含量が１６重量％であることがわ
かった。

比較例２ サマリウムコバルト粉末（粒径：１〜３−程度）を９３
重量％含む、熱可塑性６−ナイロン樹脂を、従来公知の
１２極異方配内方法で射出成形を行ない、円柱状の多極
異方性磁石を得た。

なお、成形条件は、樹脂温２８０℃、射出圧１５００　
Ｋｇｆ／ｃｍ２、型温１１０℃であった。

得られた樹脂磁石の着磁後の表面磁束密度は８２０Ｇで
あり、その重量は１．１ｇであった。

また、得られた樹脂磁石の軸に対して垂直な断面におけ
る磁極の形成状態を調べたところ、その周辺に１２極の
異方性磁極が形成されていることが確認された。また、
軸に対して垂直な断面における磁性粉の分布状態を調べ
たところ、周辺近傍の磁力有効領域の磁性粉含有量は９
４重量％であり、また中央部の磁性粉含有量は８３重量
％であった。

上述の結果かられかるように、本発明による多極異方性
樹脂磁石の方が表面磁束密度も大きく自重も軽いため、
高回転高トルクロータ等に非常に有用である。

［発明の効果コ 本発明によれば、磁力有効領域に効果的に磁性粉を偏在
させることができるため、磁性粉を効率良く磁力に活用
できる。その結果、少ない磁性粉含有量でも高濃度で磁
性粉を含有する磁力有効領域を形成することができ、十
分な磁性強度が得られ、大幅なコストダウンと軽量化も
可能となる。

また、本発明においては、低圧成形により樹脂磁石が得
られるので成形機に、例えば高圧成形のために必要な構
成等が不要であり、より簡易な構成の安価な成形機の利
用が可能であり、この点からの製造コストの低減化も可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用い得る成形用金型の円柱状成形品を
得るためのキャビティーに垂直な模式的断面図、第２図
に≠≠ホ壜は本発明の主要過程を説明するための図であ
り、第３図は磁気有効エネルギー領域に偏在した磁性粉
を配向磁場により配向させた状態を説明する模式図、第
４図は偏在時と配向時の磁極間パーミアンスを説明する
図面、第５図は本発明に用いられる樹脂磁石材料の製造
工程を示したフロー図、第６図は本発明によって得られ
た１２極異方性配向品の断面図である。 １・・・磁気力有効領域、２．１１・・・磁力線、３・
・・永久磁石、４・・・バックヨーク、５．５−１．５
−２・・・磁極、 ６・・・電磁石コイル、７・・・キャビティー８・・・
磁性粉、 ９・・・配向時の磁性間ギャップ、 ｌＯ・・・偏在時の磁性間ギャップ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）磁性粉を含む液状の反応硬化性樹脂を成形用金型内
   に注入し、多極配向用磁界を印加して多極異方性樹脂磁
   石を製造する方法であって、 （ａ）成形用金型内に前記反応硬化性樹脂を注入する過
   程と、 （ｂ）所望の極数よりも少ない極数の磁極からの磁場を
   成形用金型内に注入された未硬化状態の樹脂に印加し、
   該磁場に応じた磁力有効領域に該樹脂中の磁性粉を偏在
   、配向させる過程と、 （ｃ）過程（ｂ）において偏在、配向した磁性粉に、更
   に所望の極数からの磁場を加えた状態で樹脂の反応硬化
   を完了させ、該磁場に応じた磁力有効領域に磁性粉が偏
   在、配向した多極異方性硬化樹脂からなる磁石を得る過
   程と を含むことを特徴とする多極異方性硬化樹脂磁石の製造
   方法。 ２）過程（ｂ）を複数の過程に分割し、分割された各過
   程において印加磁極数を順次増加させ、過程（ｃ）を行
   なう請求項１に記載の多極異方性樹脂磁石の製造方法。 ３）請求項１または２の方法で得られた多極異方性樹脂
   磁石。 ４）磁力有効領域の磁性粉含有量が８０重量％以上であ
   る請求項３に記載の多極異方性樹脂磁石。