JPS6214411A - リング状磁性成形体の製造方法 - 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リング状磁性成形体の製
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リング状磁石は小型モータ
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リング状磁石を製造するには
、磁性粉末を成型してリング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
するリング状磁性成形体とするのが望ましい、そして、
磁性粉末の配向が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リング
状磁性成形体の工業的に有利な製造方法が開示されてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に、多極ラジアルのリング状磁石の製造方法は、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
数に着磁してリング状磁石とするが、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
束の通路のうちリング状磁性成形体を経てから外に引き
出す通路の断面がリング状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
般にはリング状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、性能が低下する。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
合は無配向の性能の低い磁石を使わざるを得なかった。

特願昭５９−４２２６９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リン
グ状磁石の製造方法が開示されている。

この製造方法は、第１．第２の磁性部材のキャビティの
外周部での周長が同じ場合には適用できるが異なる場合
には適用できないという問題点があった。

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、Ｎ極とＳ極の面積が異なるリング状磁性成形体の
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〕

この発明に係るリング状磁性成形体の製造方法は、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、これと同数で第１の磁性部材とはキャビティの
外周部で周長の異なる比透磁率の大きい第２の磁性部材
とが交互に環状に配置して構成された成型装置を用い、
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、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リング状
磁性成形体を得るものである。

〔作用〕

この発明においては、第１．第２の磁性部材のキャビテ
ィの外周部での周長を異ならしめであるので、Ｎ極とＳ
極との面積の異なるリング状磁性成形体が得られる。

〔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基礎とするものである
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４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５図のＩ−１
線に沿う断面図に相当する。第５図は第４図の■−■線
に沿う断面図に相当する。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。Ｓｌ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妖に配置
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４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４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熱論である。

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４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の末端をキャビテイ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５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５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４図および第５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６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４
閃に相当する。なお、第６図においては、第２の磁性部
材５は、第７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７図（ａ）、（ｂ）は第６図のｍ−■線および
ＩＶ−ＩＶ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８図は、第４
図および第６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９図のＶ
−Ｖ線に沿う断面図に相当する。なお、第９図、第１０
図はそれぞれ第８図のＶｌ−Ｖｌ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９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９図および第１０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９図および第１Ｏ図において、第２の磁性
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１ｏ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、加工性等の点から最大でも比透磁率が５
００程度のものであり、通常は比透磁率が８０〜２００
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２８ｍ／ｍ、高さ８０ｍ／ｍ、長さ３０ｍ／ｍの磁
性材料（比透磁率的１００、最大飽和磁束密度的１７Ｋ
Ｇ）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４
５°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４０　ｍ　／　ｍの円柱を製作し
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１７４の位置にくるように配
置した（第１１図、第１２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
ｍ統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１１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　　　　　　　−１４，３ Ｂ　′−Ｘ　　　　　　　−１２、２ Ａ　　−Ｙ　　　　　　　＋１４．Ｏ Ａ′−Ｙ　　　　　　　＋１２．５ Ｂ　　−Ｙ　　　　　　　−１４，５ Ｂ′−Ｙ　　　　　　　−１２，３ 第１表 上記のようにして軸方向に長さの制限のないリング状磁
性成形体が得られる。ところで、上記で説明した第４図
の成型装置では、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、周長が同一の金型構造であ
り、従ってＮ極とＳ極との面積が異なるリング状磁性成
形体を得ることはできない。

この問題を解決するためこの発明では第１図の構成の成
型装置を用いる。上記で説明した第４図の場合には、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、第１．第２の磁性部材３
，５のキャビティ７の外周部における周長が異なるため
、第１図に示す平面において磁束φのバランスを考える
と、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１
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φの量が多いので、内型４の上下面において磁束φ
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
各様での磁束密度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、
中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２図、第３図にはこの発明の別の実施例が示さ
れている。この実施例はキャビティ部分における第１お
よび第２の磁性部材の周長に対する極数の比が奇数：偶
数の場合である。つまり、あらかじめ多極（：５２図の
場合は６極、第１図の場合は１０極）に着磁する場合の
Ｎ−Ｓの境界が、この発明の変則的な４極のＮ−Ｓ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−Ｓ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極配向のリング状磁性成形
体から任意の多極のリング状磁石の製造が回走になる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、第１．第２のの制限の
ない任意の多極のリング状磁性成形体の製造が可能であ
り、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リング状
磁性成形体の成型装置の要部の平面略図、第２図、第３
図は同じくこの発明の他の実施例をそれぞれ説明するた
めのリング状磁性成形体の成型装置の要部の平面略図、
第４図はこの発明で用いる成型装置の一例を示す水モ断
面図、第５図は第４図の■−■線に沿う断面図、第６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７図（ａ）、（ｂ）は第６図のｍ−ｍ線およびｒＶ
−ｒＶ線に沿う断面図、第８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９図は第８図
の■−■線に沿う断面図、第１０図は第８図の■−■線
に沿う断面図、第１１図は実験装置の平面図、第１２図
は第１１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はリング状磁性成形体、２１はパルス着磁器、２２は
外部磁路部、２３は極庁、２４はコイル、２５は内部磁
路部である。 第１図 第３図　　　　第２図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第１１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、これと同数でこの第１の磁性部
   材とはキャビティの外周部で周長の異なる比透磁率の大
   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
   内の磁性粉末に各極においてラジアル方向の配向を生起
   させ、次いで磁石用組成物を固化させることを特徴とす
   るリング状磁性成形体の製造方法。
2. （２）キャビティ部分における第１および第２の磁性部
   材の周長に対する極数の比が奇数：偶数であることを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のリング状磁性
   成形体の製造方法。
3. （３）内型の軸方向の長さを、キャビティ部分における
   第１および第２の磁性部材の周長の比に応じて、前記内
   型の上下方向への磁束が増加するようにリング状磁性成
   形体の長さよりも長くしたことを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項または第（２）項記載のリング状磁性成
   形体の製造方法。
4. （４）金型が複数のキャビティを有していることを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項記載のリング状磁性成
   形体の製造方法。