JPS6214410A - 円筒磁石の製造方法 - 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〕 この発明は、ラジアル方向に多極に着磁された円筒磁石
、特に磁性粉末を含む樹脂組成成形体磁石の製造方法に
関するものである。

〔従来の技術〕

ラジアル方向に多極化された円ＷＩ磁石は、小型モータ
を始め各種の用途に広く用いられている。

高性能のラジアル方向に多極化された円筒磁石を製造す
るには、磁性粉末を成型して円筒状にする過程において
、磁性粉末にラジアル方向の配向を起させて磁気異方性
を有する円筒磁性成形体とするのが望ましい、そして、
磁性粉末の配向力〈揃っているほど磁気特性が優れた磁
石が得られる。特願昭５８−５４１３９号の明細書には
このような磁性粉末の配向がラジアル方向に揃った円筒
成形体の工業的に有利な製造方法が開示されている。

〔発明が解決もようとする問題点〕

一般に、多極ラジアルの円筒磁石の製造方法は、ラジア
ル方向に磁粉を配向させ、一旦脱磁した後所望の極数に
着磁して円筒磁石とするが、この方法だと配向の際に成
形体の長さに制限がある。これは配向の際に磁束の通路
のうち円筒磁性成形体を経てから外に引き出す通路の断
面が円筒磁性成形体の内径断面積によって決められてし
まい増加させることができないためである。ラジアル方
向の配向磁場の大きさにもよるが、一般には円筒磁性成
形体の長さは内径の５０％程度が限界であり、これ以上
の長さのものではラジアル方向への配向が良好に行われ
ないため、性ｔｅが低下する。軸方向に長い多極のモー
タを設計する場合は１円筒状の磁石を軸方向に何個か積
み重ねるか、あるいは長尺のＣ型セグメント状の磁石を
貼り合わせるかして使っていた。またどうしても円筒一
体物の磁石にしなくてはいけない場合は焦配向の性能の
低い磁石を使わざるを得なかった。特願昭５９−４２２
６９号にはこうした円筒長さの制限が実質的に存在しな
い方法によるラジアル方向多極円筒磁石の製造方法が開
示されている。

この方法は１個の金型を使い多数の円筒磁石を製造する
ことができる極めて画期的な方法であるが、極数を多く
すると金型構造が複雑になるという問題点がある。金型
の構造が比較的簡単で多数個取りが楽にできる極数は４
または６である。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、さらに、多極に着磁させる円筒磁石の製造方法を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る円筒磁石の製造方法は、まず内型と外型
とからなる金型を形成し、この外型に設けた孔とこの孔
に挿入されている比透磁率の大きい材料からなる内型と
でリング状キャビティを形成し、このリング状キャビテ
ィの外側壁を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
材とが交互に配置され、かつ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、第１の磁性部材をソ
レノイドコイルと磁気的に接続した成型装置を用い、リ
ング状キャビティ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、ソレノイドコイルに電流
を通して、リング状キャビティ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円筒磁性成形
体を造り、その後、脱磁を施し１次いで配向時のｍ極の
境界にｍａｎ／２極の着磁の境界を一致させてｍ・ｎ　
／　２極の着磁を行うものである。

〔作用〕

この発明においては、まずｍ極の極配向円筒磁性成形体
を造り、その後、脱磁を施し、次いで配向時の■極の境
界にｍｅｎ／２極の着磁の境界を一致させてｍｅｎ／２
極の着磁を行うようにしたので、長さに制限のない、か
つ多極化した円筒磁石が得られる。

〔実施例〕

この発明は、先に提案した特願昭５９−４２２６９号の
リング状磁性成形体の製造方法を利用するので、この発
明の詳細な説明する前に、先に提案した上記発明につい
て説明する。

第９図は先に提案したリング状磁性成形体の製造方法で
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、成型装置のキャビ
ティの中心軸に垂直な断面、すなわち、第１Ｏ図のＩ−
Ｉ線に沿う断面図に相当する。第１０図は第９図の■−
■線に沿う断面図に相当する０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１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はリング状のキャビティである。（先
に提案した発明は使用する成型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、キャビティ７へ
の磁石用組成物の供給手段およびキャビティ７からの成
形体の取り出し手段等の成型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
。また内型４に対向している外型は第１．第２の磁性部
材３．５を主とする部材で構成されている。第１の磁性
部材３と第２の磁性部材５とは、キャビティ７のまわり
にキャビティ７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、磁性部材３，５間には両部材３，５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９図では、第１の磁性部材３と第２の磁性
部材５とが物理的にも接触しないように、キャビティ７
の外側壁の一部が非磁性部材６で構成されているが、所
望ならば第１の磁性部材３と第２の磁性部材５とをキャ
ビティ７に面する部分の両端部で接触させるようにして
、キャビティ７の外側壁を第１と第２の磁性部材３．５
だけで構成することもできる。第１と第２の磁性部材３
．５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、はぼ無視
することができる。

第９図の装置を用いて極配向したリング状磁性成形体を
製造するには、まずキャビティ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ェ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類元素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８Ｋ
Ｏｅ以上の空間磁場の強さを必要とするが、この方法に
よればキャビティ７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。

キャビティ７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１からこれと接触している第１の磁性部材３にま
た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３．５並びに内型４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３．５
は非磁性部材６により磁気的に遮断されているので。

ポールピース１→第１の磁性部材３→キヤビテイ７内の
磁石用組成物→内型４→キャビティ７内の磁石用組成物
→第２の磁性部材５の順にまたはその逆方向に磁束が流
れ、キャビティ７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２への電流の供給は、キャビティ７内へ磁石用組
成物を充填する以前から行ってもよいことは無論である
。

上記においては、キャビティ７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５の端
部がポールピース１と磁気的に結合していない場合には
、第２の磁性部材５の末端からの磁束の漏洩がキャビテ
ィ７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５により磁束をできるだけ遠くまで導くのが
好ましい、第９図の装置において第２の磁性部材５を長
くしであるのは、この点を考慮したものである。

一般には第２の磁性部材５の末端をキャビティ７からキ
ャビティ７の直径の２〜５倍離れた位置にもってくるよ
うにすればよい。

またキャビティ７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３
．５の厚さをキャビティ７の高さよりも厚くし、かつキ
ャビティ７に向けて上下両面から傾斜をつけるのが好ま
しい、第１０図に示されるように、第１の磁性部材３の
端部が上下ともキャビティ７に向けて斜めに形成されて
いる（図には示されていないが第２の磁性部材５の端部
も同様の形状とする）、各磁性部材３，５の厚さはキャ
ビティ７の高さの２倍以上、特に３倍以上とするのが好
ましい、なお、第１０図において、８は前記キャビティ
７の上底、９は同じく下底であり、外型の非磁性部材６
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９図および第１０図は４極の成形体を製造する装置で
あるが、さらに、多極の成形体を製造することもできる
０例えば、第１１図は６極の成形体を製造する装置の一
例のソレノイドコイル２゜外型を構成する第１の磁性部
材３、第２の磁性部材５および非磁性部材６、並びに内
型４の配置関係を概念的に示す図であり、４極の場合の
第９図に相当する。なお、第１１図においては、第２の
磁性部材５は、第１２図（ａ）に示すようにキャビティ
７の上下方向に長く延びていて、その末端からの磁気の
漏洩がキャビティ７の磁場に影響しないように構成され
ている。なお、第１２図（ａ）、（ｂ）は第１１図のｍ
−ｍ線および■−■線による断面図である。

上記の方法は１個のキャビティ７を有する金型で行う例
であるが、生産性を高めるため好ましくは複数のキャビ
ティ７を有する金型を用いて行われる。第１３図は、第
９図および第１１図と同じく、このような複数のキャビ
ティ７を有する金型を使用する場合の一例のソレノイド
コイル２．外型を構成する第１の磁性部材３、第２の磁
性部材５および非磁性部材６、並びに内型４の配置関係
を示すものであり、第１４図のｖ−ｖ線に沿う断面図に
相当する。なお、第１４図、第１５図はそれぞれ第１３
図のＶｌ−ＶＩ線、■−■線に沿う断面図に相当する。

これらの図においては２つのキャビティ７の間に存在す
るそれぞれの第２の磁性部材５が結合して１個の磁性部
材となっているが、所望ならばこれはそれぞれのキャビ
ティ７専用の部材に分離することも可能である。また各
キャビティ７の第１の磁性部材３は各別にポールピース
１に接続しているが、これはまとめてポールピース１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５は、この場合も第１４図に示すように、キャビティ
７の上下方向に延びている。一般にはキャビティ７の上
底８および下底９から上下にそれぞれキャビティ７の直
径の２倍以上、好ましくは２〜５倍突出させる。第１４
図および第１５図は、第１の磁性部材３および第２の磁
性部材５はいずれもキャビティ７に向ってその端部が斜
めに形成されていて、磁束がキャビティ７に集中するよ
うになっている。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
を保つようになっている。なお、第１４図および第１５
図において、第２０磁性部材５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、磁束の漏洩がキャビティ７に及ぼす影
響を軽減している。

この方法においては、キャビティ７内において、磁束を
外型の第１の磁性部材３から内型４へ及び内型４から外
型の第２の磁性部材５へとまたはその逆方向へと、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、キャビティ７内の磁石用組成
物に比してキャビティ７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０通常は磁石用組成物に対し３
０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、Ｔ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８０〜２０
０程度のＳＫＤ材が用いられているが、上記の方法の金
型もこのような材料で製作することができる。

上記におけるキャビティ７の磁場について例示すると、
幅約２８　ｍ　／　ｍ、高さ８０　ｍ　／　ｍ、長さ３
０ｍ／ｍの磁性材料（比透磁率約１ＯＯ１最大飽和磁束
密度約１７ＫＧ）を４個準備し、その６各の一端を、直
径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４０　ｍ　／　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（７）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４として金型のモデルとした。これをポールピース１
を有するソレノイドコイル２の中間に、第１の磁性部材
３とポールピース１とが接触するように、かつ第１の磁
性部材３がポールピース１の端から約１／４の位置にく
るように配置した（第１６図、第１７図参照）、なお、
第２の磁性部材５の端部は別の磁性部材でポールピース
１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２に３００００（ＡＴ）となる電流を
通し、キャビティ７の図示部分における半径方向の磁場
を測定した。その結果を下記第１表に示す。

なお、磁場の強さの値で＋は半径方向外向き、−は内向
きを表し第１６図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、キャビティ７の各部分
の磁場の強さがほぼ均一であり、従ってキャビティ７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。また磁気特性上からの
キャビティ７の深さに対する制限がないので、長い円筒
磁石を製作するのに有利である。

測定個所　　　　　磁場の強さくＫ　Ｇ）Ａ　　−ｘ　
　　　　　　＋１３．７ Ａ′−Ｘ　　　　　　　＋１２．４ Ｂ　　　−Ｘ　　　　　　　　　　　−１４，３Ｂ’−
Ｘ　　　　　　　−１２，２ Ａ　　　−Ｙ　　　　　　　　　　　　＋１４．ＯＡ″
−Ｙ　　　　　　　＋１２．５ Ｂ　　　−Ｙ　　　　　　　　　　　−１４，５Ｂ’−
Ｙ　　　　　　　−１２，３ 第１表 このようにして構成された円筒磁性成形体に脱磁を施し
、次いで第１図に示す通常の円筒多極着磁用のパルス着
磁器２１を用いて着磁を行う。

第１図において、２２は外部磁路部、２３は極片、２４
はコイル、２５は内部磁路部である。なお、２０は円筒
磁性成形体であり、φは磁束を示す、この場合留意しな
ければならないのは、配向時のｍ極の境界と、これから
着磁を施す口・ｎ　／　２極の境界とを一致させること
である。以下この点について説明する。

上記で説明した先に提案した発明で製造した円筒磁性成
形体は、第５図に示すような配向となる。モして４極に
配向した円筒磁性成形体２ｏの磁粉の配向方向（矢印で
示す）を詳しく調べると、極の中央部はほぼ完全にラジ
アル方向に配向し、Ｎ−３極の境界付近ではラジアル方
向からずれていることがわかった。このラジアル方向か
らずれている乱れた領域を仮に中心からの角度αで表現
すると、このαは円筒磁石の外径Ｄｏ　　、内径ＤＩの
比によって変わり、Ｄ＋　／Ｄｏ　＞０．９の場合、つ
まり肉薄の円筒磁性成形体２０の場合は、通常、αく５
〜１０’で非常にせまい領域に限られる。従って、肉薄
の円筒磁性成形体２０の場合は、大部分のところでラジ
アル方向に配向している。

Ｎ−３の境界付近は第１図のパルス着磁器２１を使うと
、Ｎ−３付近のラジアル方向の着磁磁場はそれ程大きく
はならず、あまり着磁されない。

従って、４極に配向した肉薄の円筒磁性成形体２Ｑを一
度脱磁した後、第１図に示すような着磁器（８極用）を
使い、配向と着磁の極の境を一致させて着磁をすると、
第２図に示したように完全にラジアル配向している円筒
磁石を８極着磁したものと殆ど同じ着磁パターンが得ら
れる。

円筒磁性成形体２０が肉厚になってくるとラジアル方向
からずれて乱れて配向している領域の角度αは増大して
くるが、この場合はパルス着磁器２１での各様の境界に
当る部分に、第３図に示すように凹部２ＯＡを設けるこ
とによりＮ−５境界の磁粉の配向の差による影響を実質
的になくすることができる。こうした円筒磁石の成型は
第３図に示すように着磁器の極数に相当するＮ−３の境
界部を肉薄になるように成型金型のキャビティ７（第９
図）を形成すればよい。

また磁石は完全な円筒形であっても、第４図に示すよう
にパルス着磁器２１の極数に相当するＮ−Ｓの境界部に
出る部分のラジアル方向の配向か弱くなるように、配向
金型のキャビティ７の強磁性体の構造を配置すればよい
、これは着磁においてＮ−５の境界部を弱く、または全
く着磁部を設けずに使えば、各様とも同等な極として回
転機に使用できることは言うまでもない。

次にこの発明のさらに他の実施例について説明する。上
記で説明した第９図には、第１の磁性部材３と第２の磁
性部材５がキャビティ７の外周部で周長が同一の場合の
金型構造が開示されており、この場合、内型４の上下端
はキャビティ７の上底面および下底面と一致させるのが
普通である。しかし、この発明においては、例えば、第
６図に示す平面において磁束のバランスを考えると、第
１．第２の磁性部材３，５のキャビティ７における周長
が異なるため、キャビティ７のＮ極またはＳ極で磁束密
度の不均一が生ずる。キャビティ７のＮ極およびＳ極で
磁束密度を均一化し、磁性粉の配向を均一に行うために
は、第６図の場合、外型中の第１の磁性部材３から内型
４へ入る磁束の量が多いので、内型４の上下面において
磁束を逃がすようにするのが望ましい。

従って、内型４の上、下端はキャビティ７の上底面およ
び下底面より突き出した形で設計することが望ましく、
その長さ、および内型４を経由した上下方向の金型内の
磁気抵抗を変化させることにより、いかなる第１．第２
の磁性部材３，５の周長比においても、キャビティ７の
各様での磁束密癒が等しくなるようにすることができる
。

このようにＮ極およびＳ極の面積が異なる円筒磁石は、
単相モータにおいて死点の解消策としてよく用いられる
。また第７図、第８図にはこの発明の別の実施例が示さ
れている。つまり、あらかじめ多極（第７図の場合は６
極、第８図の場合はｌＯ極）に着磁する場合のＮ−３の
境界が、この発明の変則的な４極のＮ−３の境界部に一
致するように第１および第２の磁性部材３，５の周長が
決められている。６極または１０極の着磁においてもＮ
−３の境界はあまり強く着磁されることはないから、こ
の発明の変則的な４極配向の円筒磁石から任意の多極の
円筒磁石の製造が回旋になる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、ｍ極の極配向磁性成形
体を造り、その後、脱磁を施し、次いで配向時のｍ極の
境界に、ｍＪｌｎ／２極の着磁の境界を一致させてｍ・
ｎ　／　２極の着磁を行うようにしたので、軸方向の長
さの制限のない任意の多極の円筒磁石を製造することが
でき、その工業的な意義は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を説明するための円筒多極
着磁用のパルス着磁器の平面略図、第２図は第１図に示
したパルス着磁器による着磁状態を示す図、第３図、第
４図はこの発明の他の実施例を説明するための円筒磁極
成形体の成型装置の要部の平面略図、第５図は円筒磁性
成形体の磁極の配向状態を説明するための成型装置の要
部の平面図、第６図、第７図、第８図はこの発明のさら
に他の実施例を説明するための成型装置の要部の平面略
図、第９図はこの発明で用いる成型装置の一例を示す水
平断面図、第１０図は第９図の■−ＩＩ線に沿う断面図
、第１１図はこの発明で用いる成型装置の他の例を示す
水平断面図、第１２図（ａ）、（ｂ）は第１１図（７）
Ｉ［Ｉ−ＩＩＩ線および■−■線に沿う断面図、第１３
図はこの発明で用いる。 成型装置のさらに他の例を示す水平断面図、第１４図は
第１３図の■−■線に沿う断面図、第１５図は第１３図
の■−■線に沿う断面図、第１６図は実験装置の平面図
、第１７図は第１６図の■−■線に沿う断面図である。 図中、１はポールピース、２はソレノイドコイル、３は
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はキャビティ、８は上底、９は下底、２
０は円筒磁性成形体、２１はパルス着磁器、２２は外部
磁路部、２３は極片、２４はコイル、２５は内部磁路部
である。 第１図 加０円筒Ｘ性戒形体 ２１：パルス着磁器 ２２：外部磁路部 第２ｖ！Ｊ 第３ｖ！Ｊ 第４図 第６図 第８図　　　第７図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 （ｂ）　　　　　　　　　　　　　　（ａ）第１３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）外型と内型とからなる金型と、この金型に磁場を
   発生させ得るように前記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型装置であって、前記金
   型は前記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前記内型とで形成さ
   れているリング状のキャビティを有しており、 ｉ）前記キャビティの外側壁は、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の磁性部材とを、前記第１の磁性部材相互間
   に前記第２の磁性部材が介在し、かつ前記第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）前記第１の磁性部材の各々は、前記ソレノイドコ
   イルと磁気的に接続されており、成型装置の前記キャビ
   ティに、磁性粉末を含む磁石用組成物を磁性粉末が変位
   し得る状態に充填して外型、磁石用組成物および内型を
   磁気的に結合し、前記ソレノイドコイルに電流を通して
   、前記第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、前記キャビティ部分において磁場を前
   記第１の磁性部材から内型を経て前記第２の磁性部材に
   またはその逆方向に向けることにより、前記キャビティ
   内の磁性粉末にｍ極の配向を生起させ、次いで磁石用組
   成物を固化させた後、脱磁を施し、その後前記配向時の
   ｍ極の境界にｍ・ｎ／２極の磁極の境界を一致させてｍ
   ・ｎ／２極の多極の着磁を行うことを特徴とする円筒磁
   石の製造方法。 ただし、ｍは偶数とし、ｎはｍ極の配向においてＮ、Ｓ
   極の面積が等しい場合は偶数、等しくない場合は奇数と
   する、またｍ・ｎ／２が偶数になるようにｍ、ｎを選ぶ
   。
2. （２）円筒磁石は、ｍ・ｎ／２極の各境界に当る部分の
   円周に磁気的な凹部を設けたものである特許請求の範囲
   第（１）項記載の円筒磁石の製造方法。
3. （３）円筒磁石は、ｍ・ｎ／２極の境界に当る部分の外
   周に磁気的な凹部を設けたものである特許請求の範囲第
   （１）項記載の円筒磁石の製造方法。
4. （４）円筒磁石は、ｍ・ｎ／２極の境界になる部分の磁
   粉のラジアル配向を他の部分より弱めたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第（１）項記載の円筒磁石の製造方法
   。