JPS61125010A - 多極異方性円筒状磁石の製造方法及び装置 - 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 本発明は強磁性粉末を主体とする混練物を磁場中で成形
することにより多極異方性円筒状磁石を製造する方法及
び装置に関する。

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
おいて増々多数の磁極を有するものが要求されてきた。

特にステッピング・モータのロータ等はステップ角を正
確に制御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、成形後はと
んど礪械加工を必要としないので、増々注目されている
。

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バイブ状に成
形する際に、磁気ブラシ用ロールとして着磁すべき楊と
おな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、金型の構造は権めて複雑になる。従って、着磁
極数は実際上余り多くするこはできない。

特開昭５６−６９８０５号は、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挟まり、磁束の漏洩により配
向力は急速に弱まる。

＠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
クの間に永久磁石を設けたものが特公昭５４−８０号に
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
上ヨークの数を余り多くすることはできない。

特開昭５６−１１４３０９号は円筒状キャじティの軸線
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。電磁石により同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
方化が成形中に行なわれるわけではない。

従って、本発明の目的は上述の従来技術の欠点を解消し
、比較的簡単な設備で所定の磁気特性を有する多極異方
性円筒状磁石を製造する方法及び装置を提供することで
ある。

問題点を解決するための手段 本発明の多極異方性円筒状磁石の製造方法は、金型の円
筒状キャビティの周囲に多数の円周方向に磁化した永久
磁石と、該永久磁石の半径方向長さよりも小さい半径方
向長さを有する軟磁性体ヨークとを交互に配置して、前
記円筒状キャビティの表面に交互にＮ極とＳ極とを有す
る多極磁場を形成し、前記円筒状キャどティ内に前記混
練物を注入して所定時間異方化成形を行うことを特徴と
するものである。

また本発明の多極異方性円筒磁石の製造装置は、（ａ　
）磁石成形用の円筒状キャビティと、（ｂ）前記円筒状
キャビティの周囲に、軟磁性体のヨークと交互に配置さ
れた永久磁石であって、前記ヨ−りを介して隣接する前
記永久磁石の対向する磁極が同極性である永久磁石とを
有し、前記円筒状キャビティの表面に交互にＮｍとＳ極
が現出する多極静磁場が発生することを特徴とするもの
である。

作用 本発明においては、環状の成形空間の周囲に、軟磁性体
のヨークと永久磁石とが、ヨークを介して隣接する磁極
が同極性となるように配置されている。したがってヨー
クを介してＮ極が対向する２つの永久磁石をとりあげる
と、２つのＮ極からり流出した磁束線は互いに反発する
ために、成形空間の中を通って各々の永久磁石のＳ極に
戻る。

このようにして、成形空間の表面上には交互にＮ極とＳ
極とが形成される。

更に、本発明では、軟磁性体のヨークの半径方向長さは
永久磁石のそれよりもやや短いため、永久磁石から流出
する磁束線を有効に成形空間の表面に集めることができ
、成形空間の表面に強力な静ｌａ場を形成することがで
きる。

実施例 本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。

第１図は本発明の多極異方性円筒状磁石を製造する装置
の一例を示す。

装置１は固定型２、可動型４、及び環状体６を有する。

環状体６の中心軸線と一致する軸線を有するコア８が可
動型４に設けられている。固定型２、可動型４、環状体
６及び中心コア８により形成される円筒状空間が磁石成
形用キャごティ１０である。環状体６の外周は非磁性体
からなるバックアップ部材７に包囲されている。

固定型２の上に固定型固定上板１２及び下板１４が設け
られており、固定型固定上板１２にノズル口１Ｇが形成
されている。ノズル０１６の下のスプルー１８は上板１
２及び下板１４を貫通し、固定型固定下板１４の下面に
形成されたランナー２０と連結している。

ランナー２０は固定型２の対応位置に形成された垂直の
ランナー２２に連通している。ランナー２２はゲート２
４を介して円筒状キャビティ１０に連通している。

可動型４はスペーサブロック３０を介して下板３２に固
定されている。

可動型４には円筒状キャビティ１０に開口する垂直孔が
あり、突出しビン３４が垂直移動自在に貫通している。

突出しピン３４は突出しビン固定用上板部材３６に固定
されており、上板部材３６に固着された下板部材３７の
下面中央に連結されたロッド３８は下板３２の中央孔４
０を貫通し、シリンダーのピストン（図示せず）に連結
している。

第２図及び第３図はバックアップ部材７および環状体６
の構造を詳細に示す。バックアップ部材７は、その内面
に多数の突起４２ａ　１４２ｂ　、　４２ｃ・・・を有
している。各突起間の溝に永久！！５４４ａ　、４４ｂ
　、　４４Ｃ，・・・を収容している。各永久磁石間に
は、軟鋼、純鉄あるいはバーメンダー等の軟磁性体から
なるヨーク４５ａ　、４５ｂ　、４５ｃ・・・が介装さ
れている。環状体６を構成する永久磁石４４ａ　、　４
４ｂ　、４４Ｃ・・・とヨーク４５ａ　、　４５ｂ　１
４５ｃ・・・の内面には非磁性体スリー幾り設けられて
いる。

第３図に示されるように、永久磁石は隣接対の対向する
ｆｆｔ極が同極性となるように配置されている。例えば
永久磁石４．ｆｆ４ｉｂに注目すると、その間のヨーク
４５ａにはいずれもＮ極が接しているので、両Ｎ極から
流出した磁束は、ヨーク４５ａを通え ってＳ極に流〆して、ヨーク４５ａの先端はＮ極となる
。同様の原理により、隣りのヨーク４５ｂの先端はＳ極
となる。このようにして、ヨーク４５ａ、４５ｂ　、　
４５ｃ・・・の先端には、Ｎ、Ｓ、Ｎ、・・・のように
交互に反対極性の磁極が現れる。ずなわら、永久磁石に
よる交互の磁極により、キヤごティ１０の表面に多極静
磁場が形成される。

また第３図において、ヨーク４５の半径方向長さＬ２が
長ずざると、ヨーク４５のバックアップ部材７側にも磁
路が形成されてしまう。例えばヨーク４５ａおよび４５
ｂの外周縁が図中破線で示す位置にあるとすると、ヨー
ク４５ａとヨーク４５ｂの間に図中一点破線で示すよう
な磁路が形成され、キャピテイ１０の表面に形成される
静磁場の強度は弱められてしまう。

一方ヨーク４５の半径方向長さＬ２が短かすぎると、永
久磁石４４から生ずる磁束を有効に成形空間内に収束す
ることができなくなる。従って本発明においては、永久
磁石から生ずる磁束を最も効率よく成形空間内に収束で
きるように、永久磁石の半径方向長さＬｌを基準として
ヨークの半径方向長さＬ２を設定することが必要である
。本発明の望ましい実施例においては。、Ｌ２／Ｌ１は
０．８５〜０．９５の範囲である。なお、第３図では理
解を容易にするために、Ｌ２をやや短くしており、Ｌ　
２　／　Ｌ　１の圃は必ずしも供の範囲に含まれない。

本発明の望ましい実施例においては、十分なる配向を行
なうために３，００００８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Ｆ！１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。これらの希土類磁石は８，５００（３以上、好ま
しくはｉ　ｏ　、　ｏｏｏ　（３以上の残留磁束密度Ｂ
ｒを有する（例えば特開昭５５−５０１００号、特開昭
５８−１４２５０７号参照）。

金型の磁気回路を構成する永久磁石及びヨークの形状及
び寸法等は、製造する異方性円筒状磁石の極数、必要な
磁気特性に応じて、有限要素法等の解析手法により適宜
設定することができる。

第１図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り５０℃〜約３５０℃
の温度及び約ｅｏｏｂｇ　／ＣＩ２〜約１　、０ＯＯｋ
Ｇ　ｙ’ＣＩ２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。

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）によりロンド
３８を押し上げて突出しビン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
続き突出しビン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ピ
テイ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。

上記複合磁石の成形の場合、磁性粉としてＢａミツエラ
ライト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、Ｎｄ−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−ブタジェン・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％を越えると成形が困難
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（数重向％）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、有別ケイ素化合物、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。

本発明は上記複合磁石の射出成形の他に、その押出成形
や、フェライト等の湿式成形にも適用可能である。

湿式成形は、フェライト等の磁性体の粉末約５０〜７０
重患％、ポリビニルアルコール、メチルセルロース等の
バインダー約０．０１〜約０．２重量％および水等の溶
媒約３０〜約５０重世％を混練してスラリーとし、本発
明の金型内に注入する。この場合上述した多極静磁場中
にて多極異方化を行う。

本発明を以下の具体例によりさらに詳細に説明する。

具体例 製３０１４ｕ　）を加え、ヘンシェルミキサーで予備混
合した後２軸押出礪を用いて２３５℃の温度で混練しホ
ットカットを行ないベレットを作成した。

このベレットを第１図および第２図に示す金型を備えた
射出成形機に投入し、２９０°Ｃの温度、８００ｋ（１
／ｃｍ２の圧力で８０°Ｃに加熱した金型内のキャビテ
ィ１０に射出しついで冷加同化した。キャビティ内の寸
法は内径３５ｍｍ、外径４０ｍｍ、長さ９．６ｍｍ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、Ｂｒ９０
００　Ｇ、　　ＩＨＣ２０，００００ｅでありヨーク（
Ｓ８４１）の寸法はＬ２　／　Ｌ　＋　＝　０．９０と
なるようにした。キャビティ１０表面における各磁極上
の磁場強度は約４，０００Ｑｅである。本実施例では１
００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５０個のＮ極と５０個のＳ極とを相互に
有するものであった。

このようにして１００極の異方性円筒状複合磁石が得ら
れた。この複合磁石を１００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、８０００Ｑｅの磁場で
着磁を行った。得られた磁石の表面磁束密度分布を測定
したところ、第４図に示す波形が得られた。平均表面磁
束密度は７６０Ｇであった。

これに対し、特開昭５６−１１４３０９号に開示されて
いるように放射状異方化と着磁をすることにより得た複
合磁石の場合、平均表面磁束密度は僅か５００Ｇ程度で
あった。

本発明を実施例に基づき説明したが、本発明はそれに限
定されるものではなく、本発明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。そこで、本明細書において使用する用語「円筒状
」を、完全な円筒だけでなく、半円筒状のような不完全
な円筒状も含むものと定義する。また実施例においては
多極静磁場はキャビティの外径面上に形成されているが
、磁石の用途に応じキャビティの内径面上に形成するこ
とも可能である。従って、用語「キャビティの表面」と
はキャビティの外径面と内径面のいずれも含むものと解
すべきである。

発明の効果 以上に述べた通り、本発明の装置は、成形キャビティの
周囲に多数の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挾んで設
けているので、極めて強力な多種静磁場をキャビティ表
面に形成することができる。またかかる装置を使用する
ことにより、従来達成できなかったような１００極又は
それ以上もの多極の異方性円筒磁石を製造することが可
能となった。さらに永久１１ｆｆｉり磁気回路を形成す
ることにより、装置全体の構造を極めて簡略なものにす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による装置の縦断面図であり
、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は第２図のＢ
部拡大図であり、第４図は本発明の一実施例により得ら
れた多極異方性円筒磁石の表面磁束密度分布を示すグラ
フである。 ２・・・固定型 ４・・・可動型 ６・・・環状体 ８・・・コア １０・・・キャビティ ４４・・・永久磁石 ４５・・・ヨーク 第３　図 第　２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、強磁性粉末を主体とする混練物を磁場の存在下で成
   形して、多極異方性円筒状磁石を製造する方法において
   、金型の円筒状キャビティの周囲に、円周方向に磁化し
   た永久磁石を、該永久磁石の半径方向長さより小なる半
   径方向長さを有する軟磁性体のヨークと交互にかつ該ヨ
   ークを介して隣接する永久磁石の対向する磁極が同極性
   となるように多数配置して、前記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場を形成し、
   前記円筒状キャビティ内に前記混練物を注入して所定時
   間異方化成形を行うこと特徴とする方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前記
   軟磁性体のヨークの半径方向長さ／前記永久磁石の半径
   方向長さを０．８５〜０．９５の範囲としたことを特徴
   とする方法。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項のいずれかに記載
   の方法において、前記永久磁石は８，５００Ｇ以上のＢ
   ｒを有する希土類磁石であることを特徴とする方法。 ４、特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記
   載の方法において、前記混練物は強磁性粉末と樹脂とを
   主体とすることを特徴とする方法。 ５、多極異方性円筒状磁石を製造する装置において、 （ａ）磁石成形用の円筒状キャビティと、 （ｂ）前記円筒状キャビティの周囲に軟磁体のヨークと
   交互に多数配置された永久磁石であつて、前記ヨークを
   介して隣接する前記永久磁石の対向する磁極が同極性で
   ある永久磁石とを 有し、前記円筒状キャビティの表面に交互にＮ極とＳ極
   が現出する多極静磁場が発生することを特徴とする装置
   。 ６、特許請求の範囲第５項に記載の装置において、前記
   軟磁性体ヨークの半径方向長さ／前記永久磁石の半径方
   向長さを０．８５〜０．９５の範囲としたことを特徴と
   する装置。 ７、特許請求の範囲第５項又は第６項のいずれかに記載
   の装置において、前記永久磁石は８，５００Ｇ以上のＢ
   ｒを有する希土類磁石であることを特徴とする装置。