JPH04107819U - 多極異方性円筒状または中実円柱状磁石成形用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多極異方性円筒状の成形用キャビティの周り
に多数の永久磁石をヨークを介して対向する磁極が同極
となるように環状に組み込んだ金型において、永久磁石
の磁力線の流れを効率的に利用できる磁石の形状及び配
置の仕方を提案する。 【構成】 永久磁石の形状を扇形とし、配置してある永
久磁石の数が24、26又は28で、該永久磁石の最内周と該
最内周を構成する円の中心点との距離をｆ、該永久磁石
の最外周と該中心点との距離をｅとし、ｅ／ｆ＝ 1.6〜
1.8 の場合に、該永久磁石の最内周円における該永久磁
石の占める該中心点からの視角をａ(deg）、同じく該永
久磁石相互間の占める該中心点からの視角をｂ(deg）、
該永久磁石の最外周円における該永久磁石の占める該中
心点からの視角をｃ(deg）、同じく該永久磁石相互間の
占める該中心点からの視角をｄ(deg）としたとき、ａ／
ｂ＝0.6〜0.7 、かつｃ／ｄ＝ 2.4〜9.0 に規制する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、強磁性粉末を主体とする混練物を磁場中で成形し、多極異方性円筒 状または中実円柱状磁石を製造する際に用いる金型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

近年、複写機のマグネットロールやモータのロータ等において益々多数の磁極 を有するものが提供されてきた。特にステッピング・モータのロータ等はステッ プ角を正確に調節するために極めて多数の磁極を有することが要求されている。 このような多極異方性円筒状磁石は（イ）強磁性粉末とバインダーと溶媒との 湿式スラリーを磁場中でプレス成形し、焼結後着磁するか、（ロ）強磁性粉末と 樹脂との混練物を金型キャビティ内に射出し、溶融中に磁場をかけて異方性化し 、しかる後着磁することにより作製される。後者の方法は、焼結の必要がなく、 成形後ほとんど機械加工を必要としないので、益々注目されている。

【０００３】 異方性を有する円筒状磁石の製造方法については種々の提案がなされている。 例えば特開昭57−170501号公報では、磁性粉・樹脂混練組成物を非磁性体領域と 磁性体領域からなる型に押し出してロール状又はパイプ状に成形する際に、磁気 ブラシ用ロールとして着磁すべき極と同じ場所に外部から電磁石等で磁界を加え て磁束線を発生させ、溶融状態にある樹脂に配合されている磁性粒子の磁化容易 軸を磁束線の向きに配向させることを開示している。この場合、磁石ロールの着 磁場所に当接する磁性体（ヨーク）の半径方向外方に電磁石が設けられる構造で あるので、着磁極数が多くなると電磁石の数も多くなり、金型の構造は極めて複 雑になる。従って、着磁極数は実際上あまり多くすることはできない。

【０００４】 特開昭56-69805号公報では、周囲に複数の永久磁石を埋設した金型のキャビテ ィに高分子化合物と強磁性粉末との混合物を射出し、異方性プラスチック磁石を 製造する方法を開示している。しかし、磁極数が多くなると磁場配向用永久磁石 の間隔は狭まり、磁束の漏洩により配向力は急速に弱まる。 着磁装置として多数の磁気ヨークに励磁コイルを巻回し、励磁コイルの磁束の 漏洩を防止するために各磁気ヨーク間に永久磁石を設けたものが特公昭54−80号 公報に開示されている。このような構造とすることによりキャビティ内の着磁磁 場は増大したが、各磁気ヨークに励磁コイルが巻回されているため、構造が複雑 であり、実際上ヨークの数をあまり多くすることはできない。

【０００５】 特開昭56−114309号公報では円筒状キャビティの軸線両側に一対の電磁石を設 けた金型を開示している。キャビティ内には強磁性粉末と合成樹脂との混合物が 射出される。電磁石により周極性の相対向する磁束が発生し、キャビティ中央で 衝突してキャビティの半径方向の磁束となる。これにより強磁性体粉末混合物は 半径方向に異方性化される。成形体は次いで多数の磁極を有するように着磁され る。しかしながら、この方法では多極異方化が成形中に行われるわけではない。

【０００６】 また特開昭61−125010号公報では、図１〜図３に示すように、金型の円筒状キ ャビティの周囲に多数の永久磁石を配置して円筒状キャビティの表面に交互にＮ 極とＳ極とを有する多極静磁物を形成することにより、円筒状キャビティ内に強 磁性粉末を主体とする混練物を注入して異方化成形を行う金型を開示している。 ここで、キャビティを取り囲む環状体において、永久磁石は隣接対向する磁極 が同極性となるようにヨークを介して配置されている。例えば永久磁石１ａ、１ ｂに注目すると、その間のヨーク２ａにはいずれもＮ極が接しているので、磁束 は矢印Ａのように流れ、ヨーク２ａの先端はＮ極となる。同様の原理により、隣 のヨーク２ｂの先端はＳ極となる。このようにして、ヨーク２ａ、２ｂ、２ｃ、 …の先端には、Ｎ、Ｓ、Ｎ、…のように交互に反対の磁極が現れる。この永久磁 石による交互の磁極により、キャビティ10の表面に多極静磁場が形成される。

【０００７】 ところで、この従来技術においては、永久磁石１の形状が、図３に示すように 、永久磁石が直方体（断面図では長方形）であるので、隣接する永久磁石の間隔 が内側と外側で大きく異なり、外側の方が内側より磁束が通りやすいため、また 対向して発した磁力線のベクトルの和の向きがわずかに外側を向いているため、 対向して発した磁力線の大部分は外側へ抜けていってしまい、内側にはわずかし か向かない。

【０００８】 その結果、該金型内部に及ぼされる磁場の磁束密度は小さくなり配向度も低下 し、多極異方性円筒状磁石の表面磁束密度の充分な向上は達成できなかった。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、多極異方性円筒状または中実円柱状磁石の成形用キャビティの周り に入駒として多数の永久磁石をヨークを介して対向する磁極が同極となるように 環状に組み込んだ金型において、永久磁石の磁力線の流れを従来より効率的に利 用できる多極異方性円筒状または中実円柱状磁石成形用金型を提案することを目 的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、多極異方性円筒状または中実円柱状磁石の成形用キャビティの周り に多数の永久磁石をヨークを介して対向する磁極が同極となるように環状に組み 込んだ金型において、配置してある永久磁石の数が24、26又は28で、該永久磁石 の最内周と該最内周を構成する円の中心点との距離をｆ、該永久磁石の最外周と 該中心点との距離をｅとし、ｅ／ｆ＝ 1.6〜1.8 の場合に、該永久磁石の最内周 円における該永久磁石の占める該中心点からの視角をａ(deg) 、同じく該永久磁 石相互間の占める該中心点からの視角をｂ(deg) 、該永久磁石の最外周円におけ る該永久磁石の占める該中心点からの視角をｃ(deg) 、同じく該永久磁石相互間 の占める該中心点からの視角をｄ(deg) としたとき、ａ／ｂ＝ 0.6〜0.7 、かつ ｃ／ｄ＝ 2.4〜9.0 に規制したことを特徴とする多極異方性円筒状または中実円 柱状磁石成形用金型である。

【００１１】

【作 用】

本考案者は、永久磁石の形状について種々検討し、本考案に到達した。 図４は図１の金型のＡＡ断面図の１／４を示すものであり、永久磁石１の形状 は、図３に示す従来のものと同じ直方体（断面図では長方形）である。この場合 は前述したように磁力線の大部分は外側に抜けてしまい、内側にはわずかしか向 かない。

【００１２】 それに対して、図５のように、隣接する永久磁石の間隔について、内側の距離 の方が外側のそれより大きくなるようにすると、以上と逆の現象から、内側へ向 く磁力線が外側へ抜けるそれよりも大きくなることを本考案者らは見出した。 そこで、内側に向く磁力線の割合を増やすには、図５の傾向をさらに一層進め ていけばよいが、この場合、注意しなくてはならないことは、 （１）（主として内側の隙間に関して）磁束が飽和しすぎない間隔にすること 、 （２）（主として内側付近の永久磁石に関して）パーミアンス係数から見た、 形状による磁力線発生状況が低下しすぎない形状にすること、 （３）（外側の隙間に関して）ヨークの材料強度が十分な程度の隣接距離を維 持すること、 である。

【００１３】 この（１）、（２）、（３）を考慮して、内側に向く磁力線の絶対値を最大に する形状を決定したものが本考案の多極異方性円筒状または中実円柱状磁石成形 用金型である。 本考案では、対象とする金型の特に永久磁石の数を24、26又は28に、また該永 久磁石の最内周と該最内周を構成する円の中心点の距離をｆ、該永久磁石の最外 周と該中心点との距離をｅとし、ｅ／ｆ＝ 1.6〜1.8 に限定した。それは上記の 範囲において、最大表面磁束密度に及ぼす磁石形状及び配置の影響が特に大きい からである。そしてこのとき、図６に示すように該永久磁石の最内周円における 該永久磁石の占める該中心点からの視角をａ(deg) 、同じく該永久磁石相互間の 占める該中心点からの視角をｂ(deg) 、該永久磁石の最外周円における該永久磁 石の占める該中心点からの視角をｃ(deg) 、同じく該永久磁石相互間の占める該 中心点からの視角をｄ(deg) と定義したとき、ａ／ｂ＝ 0.6〜0.7 、かつｃ／ｄ ＝ 2.4〜9.0 の範囲に規制し、図７に示すような台形形状の永久磁石を用いると 内側に向く磁力線の絶対値がほぼ最大になることを実験により見出した。

【００１４】 なお、図６は本考案の一例を示す金型の部分断面図である。この時の永久磁石 １ａ、１ｂ、１ｃの形状は、外周付近においては永久磁石相互間の隣接距離に依 存し、該隣接距離の最小値はヨーク２ａ、２ｂ、２ｃ、…の通常必要とされる材 料強度に拘束される。この場合、外周付近の隣接幅はヨークの材料強度が許す限 り小さいことが磁束を外側に行きにくくする上で望ましい。

【００１５】 一方内周付近の隣接幅はヨーク２ａ、２ｂ、２ｃ、…の透磁率、飽和量と該永 久磁石１ａ、１ｂ、１ｃ、…のパーミアンス係数から決定される磁束の大きさと に拘束される。即ちこの場合、内周付近の隣接距離は外周側よりも磁力線を通し やすくするためにはできる限り大きいことが望ましいが、あまり大きすぎると該 永久磁石の出す磁束が小さくなってしまうという問題が生じる。その結果、内側 に向かう磁束の効率を最大にするための具体的な形状としては（永久磁石の数ｎ 、ｅ／ｆ等、個々の場合の条件で各々異なるが）、概ね図８のような形状｛即ち ｎ＝24〜28（極）、ｅ／ｆ＝ 1.6〜1.8 である形状条件の金型においては、ａ／ ｂ＝ 0.6〜0.7 、ｃ／ｄ＝ 2.4〜9.0 の範囲でａ〜ｄを決定し、直線で結んだ形 状｝となる。

【００１６】 次に、本考案の金型を用いた多極異方性円筒状磁石の成形方法について述べる 。 本考案の金型を用いた望ましい実施例においては、十分なる配向を行うために 3000 Oe以上の磁場強度が必要となる。このため永久磁石は、極めて多数の磁極 を小さな間隔で磁石表面に形成するために、高い残留磁束密度を有する必要があ る。このためにサマリウム・コバルト磁石、ネオジウム・鉄・ホウ素磁石等の希 土類磁石が好ましい。

【００１７】 図１の装置は複合磁石の射出成形に特に適する。かかる射出成形は以下のよう に行うことができる。 まず磁性粉と樹脂との混練物を約 250℃〜約350 ℃の温度及び約 600kg／cm² 〜約1000kg／cm² の圧力でノズル口16より注入し、スプルー18、ランナー20、22 を経て円筒状キャビティ内に射出する。

【００１８】 異方化成形した複合磁石は、冷却後可動型４を下方に移動し、シリンダーのピ ストン（図示せず）によりロッド38を押し上げて突出しピン34を上昇させること により、コア８より離脱させ、回収することができる。引き続き突出しピン34を 元の位置に戻し、可動型４を環状体６と接触するまで上昇させることにより円筒 状キャビティ10を復活させ、次の成形サイクルを行う。得られた複合磁石成形体 は必要に応じて外径を所定の寸法に加工し、異方性方向と同一方向に着磁する。

【００１９】 上記複合磁石の成形の場合、磁性粉としてBaフェライトやSrフェライト等のフ ェライトの粉末、アルニコ磁石粉末、Fe−Cr−Co系磁石粉末、Nb−Fe系磁石粉末 、希土類コバルト磁石粉末等を使用することができる。樹脂として、スチレン− ブタジエン・コポリマー、エチレン・酢酸ビニル・コポリマー、ポリエチレン、 ポリアミド等の熱可塑性樹脂を使用することができる。磁性粉と樹脂との配合比 は、磁気特性の点から、60重量％以上の必要があるが、90％を超えると成形が困 難となる。成形性を改善するために、ポリエチレン、ステアリン酸カルシウム等 の滑剤を少量（数重量％）添加してもよい。また、磁性粉末と樹脂との濡れ性を 改善するために、有機ケイ素化合物、有機チタネート化合物等で磁性粉末を被覆 することもできる。

【００２０】 本考案は上記複合磁石の射出成形の他に、押出成形や、フェライト等の湿式成 形にも適用可能である。 本考案の金型の効果を確認するために以下の比較実験を行った。 平均粒度 1.2μｍのフェライト粒子（ SrO・６Fe₂O₃ ）7.65kgに1.35kgのナイ ロン12（宇部興産製3014ｕ）を加え、ヘンシェルミキサーで予備混合した後２軸 押出機を用いて 235℃の温度で混練しホットカットを行いペレットを作成した。

【００２１】 このペレットを図１に示す金型を備えた射出成形機に投入し、 290℃の温度、 800kg／cm² の圧力で80℃に加熱した金型内のキャビティ10に射出しついで冷却 固化した。キャビティ内の寸法は内径半径23mm、外径半径26mm、高さ20mmであっ た。多極静磁場発生用の永久磁石はサマリウム・コバルト磁石（日立金属製Ｈ− 22Ａ）であり、 Br 9000Ｇ、 _IＨ_C 20000 OeでありヨークにはＳＳ41の軟鉄を用 いた。本実施例では24個の永久磁石を使用したので、多極静磁場キャビティ10の 表面に12個のＮ極と12個のＳ極とを相互に有するものであった。そして、24個の 永久磁石が配置されている二つの同心円で挟まれた部分の最外周半径を47mm、最 内周半径を27mmとし、即ちこの時ｅ／ｆ＝1.74で一定として、かつ水平断面図に 占める永久磁石の断面積の総和を一定とした条件の下で、図４、図７、図８、図 ５の４つのタイプについて比較実験を行った。ここで図７は、該永久磁石の辺（ 対向面）が中心（軸）を含んでいるように、即ち放射状にしたものを示す図であ り、図８は隣接する永久磁石の間隔が内側と外側で等しくしたものを示す図であ る。

【００２２】 永久磁石相互の位置関係は表１に示す通りとした。 これらの金型により成形された異方性円筒状複合磁石を、次に24極の磁極を有 するコイル式の公知の構造の着磁装置に入れ、 8000 Oeの磁場で着磁処理した。 得られた磁石の最大表面磁束密度分布の測定結果を図10に示す。 これによると、本考案の金型である図５タイプ（１）により成形された異方性 円筒状複合磁石の最大表面磁束密度が従来の図４タイプや比較例の図７タイプ及 び図８タイプ、図５タイプ（２）より優れていることがわかる。なお図５タイプ （１）の最大表面磁束密度は1530Ｇである。

【００２３】

【表１】

【００２４】 以上、本考案を具体的に説明したが、本考案はそれに限定されるものではなく 、本考案の精神を逸脱することなく種々の変更を加えることができる。例えば、 キャビティ10は実施例においては完全に円筒状であるが、磁石の用途に応じ半円 筒状のように不完全な円筒でも可能である。また、同じく磁石の用途に応じ内径 が０mmの完全に中実な円柱状においても本考案は成立し得る。そこで、本明細書 において使用する用語「円筒状」を、完全な円筒または円柱だけでなく、半円筒 状または半円柱状のような不完全な円筒状または円柱状も含むものと定義する。

【００２５】

【考案の効果】

以上に述べた通り、本考案の装置は、成形キャビティの周囲に多数の形状を工 夫した永久磁石を成形キャビティの表面に交互にＮ極とＳ極が現出するように軟 磁性体ヨークを挟んで設けているので、極めて強力な多極静磁場をキャビティ表 面に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案が係る射出成形金型装置の縦断面図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図２の部分拡大図である。

【図４】図３のうち永久磁石形状配置を具体的に示した
説明図である。

【図５】図３のうち永久磁石形状配置を具体的に示した
説明図である。

【図６】本考案の形状条件を決定する寸法、角度の位置
を示した説明図である。

【図７】図３のうち永久磁石形状配置を具体的に示した
説明図である。

【図８】図３のうち永久磁石形状配置を具体的に示した
説明図である。

【図９】本考案の一実施例を示す断面図である。

【図10】永久磁石の形状配置と最大表面磁束密度との関
係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 永久磁石 ２ ヨーク ６ 環状体 ７ バックアップ部材 10 キャビティ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 来島 愼一 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)考案者 中塚 哲 東京都千代田区内幸町２丁目２番３号 日 比谷国際ビル 川崎製鉄株式会社東京本社 内 (72)考案者 沢 孝一郎 神奈川県横浜市港北区日吉３−14−１ 慶 応義塾大学理工学部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 多極異方性円筒状または中実円柱状磁石
   の成形用キャビティの周りに多数の永久磁石をヨークを
   介して対向する磁極が同極となるように環状に組み込ん
   だ金型において、配置してある永久磁石の数が24、26又
   は28で、該永久磁石の最内周と該最内周を構成する円の
   中心点との距離をｆ、該永久磁石の最外周と該中心点と
   の距離をｅとし、ｅ／ｆ＝ 1.6〜1.8 の場合に、該永久
   磁石の最内周円における該永久磁石の占める該中心点か
   らの視角をａ(deg) 、同じく該永久磁石相互間の占める
   該中心点からの視角をｂ(deg) 、該永久磁石の最外周円
   における該永久磁石の占める該中心点からの視角をｃ(d
   eg) 、同じく該永久磁石相互間の占める該中心点からの
   視角をｄ(deg) としたとき、ａ／ｂ＝ 0.6〜0.7、かつ
   ｃ／ｄ＝ 2.4〜9.0 に規制したことを特徴とする多極異
   方性円筒状または中実円柱状磁石成形用金型。