JPS62130811A - 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、焼結後着磁するが、（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
機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合させることを開示
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１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
極数は実際上余り多くすることはできない。

特開昭５６−６９８０５号は１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。

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、円周方向に磁化したアークセ
グメント状の永久磁石と、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性化成
形を行な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
たアークセグメント状の永久磁石であって、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
とを特徴とするものである。

［作用コ 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アークセグメント状の永久磁石とが
、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。しかも永久磁
石はアークセグメント状であるため、成形空間と反対側
に磁束が集中するのを防止でき、成形空間に向う磁束量
を多くできる。

更に、本発明では、軟じらいたい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磁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
形用キャビティ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１６が形成
されている。ノズル口１６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、突出しピン３４が垂直移動自在に貫通している。

突出しピン３４は突出しピン固定用上板部材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は非磁性体で
あり、その内面に多数の突起４２ａ、４２ｂ、４２ｃ・
・・を有している。各突起間の溝に、Ｗ。

〉Ｗ２としたアークセグメント状の永久磁石４４ａ、４
４ｂ、４４ｃ・・・を収容している。各永久磁石間には
、軟鉄、純鉄、あるいはパ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、４４ｂ、
４４ｃ・・・とヨーク４５ａ、４５ｂ、４５ｃ・・・の
内面には非磁性体スリーブ４６が設けられている。

第３図に示されるように、永久磁石は隣接対の対向する
磁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４４ａ、４４ｂに注目すると、その間のヨーク４５
ｂにはいずれもＳ極が接しているので１両Ｎ極から流出
した磁束は、ヨーク４５ｂを通ってＳ極に流入して、ヨ
ーク４５ｂの先端はＳ極となる。同様の原理により、隣
のヨーク４５ｃの先端はＮ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
。すなわち、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。この場合、
各永久磁石は、アークセグメント状であるため、バック
アップ部材７側に集まる磁束を少なくできる。すなわち
、成形空間１０側に効率よく磁束を集めることができる
。

また第３図において、ヨーク４５の半径方向長さＬ２が
長すぎると、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が図中網かけで示す位置にあるとすると、ヨーク４５
ｂとヨーク４５ｃの間に図中破線で示すような磁路が形
成され、キャビティ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ないに収束で
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、／
Ｌ工の値は必ずしもこ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３，００００　ｅ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。これらの希土類磁石は８，５００Ｇ以上、好ましく
は１０，０ＯＯＧ以上の残留磁束密度Ｂｒを有する（例
えば特開昭５５−５０１００号、特開昭５８−１４２５
０７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６００ｋｇ／　ｃｍ２〜約１　、０００ｋ
ｇ　／　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。

異方化形成した複合磁石は、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１ｏ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、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。

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６ 湿式成形は、フェライト等の磁性体の粉末約５０〜７０
重量％、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重量％を混線してスラリーとし、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］ 平均粒度１．２μｍのフェライト粒子（Ｓｒ０・６Ｆ　
ｅ２０．）　７．７４ｋｇに１．２６ｋｇのナイロン１
２（宇部興１ｉ３０１４Ｕ）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
で予備混合しホットカットを行ないペレットを作成した
。

このペレットを第１図及び第２図に示す金型を備えた射
出成形機に投入し、２９０℃の温度、８００ｋｇ／ａｍ
”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
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（日立金属株式会社製Ｈ−２２Ａ）であり、Ｂ　ｒ　
９，０ＯＯＧ、　ｒＨｃ　８，００００　ｅでありヨー
ク（ＳＳ４１）の寸法はＬ２／Ｌ１＝０．９０となるよ
うにした６キヤビテイ１０表面における各磁極上の磁場
強度は約４，００００　ｅである。本実施例では１００
個の永久磁石を使用したので、多極静磁場キャビティ１
０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方
式の公知の構造の着磁装置に入れ、８゜００００ｅ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５ＯＯＧ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６［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６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。

さらに永久磁石とヨークによ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　７　図 第３　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
   アークセグメント状の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性体のヨーク
   と交互に多数配置アークセグメント状の永久磁石であっ
   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。