JP2016189462A - 異方性ボンド磁石の製造方法及び製造装置並びに異方性ボンド磁石 - Google Patents

Abstract

【課題】金型を用いることなく任意の形状をなす種々の異方性ボンド磁石を、容易かつ精度良く製造できる異方性ボンド磁石の製造方法及び製造装置、並びに該製造方法により製造した異方性ボンド磁石を提供する。
【解決手段】積層台１の上面の積層空間Ｌを囲む位置に磁界形成用永久磁石３，３を、積層空間Ｌを挟んで同極（Ｎ極）が対向するように配置するとともに、積層台１の下面に磁界形成用永久磁石４を、積層台１を挟んで磁界形成用永久磁石３，３の積層空間Ｌ側の磁極（Ｎ極）と積層台１近位側の磁極（Ｓ極）が異なるように配置してあり、ノズル６及び積層台１を相対的に三次元で移動させながら、磁性粉末と溶融された熱可塑性樹脂との混合物をノズル６から積層台１の積層空間Ｌに押出し、積層させて、異方性ボンド磁石Ｍを製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、異方性ボンド磁石を製造する方法及び装置、並びに該方法により製造された異方性ボンド磁石に関する。

磁性粉末と、該磁性粉末のバインダーとしての樹脂とを固化成形してなるボンド磁石は、焼結磁石に比べて、形状自由度が高いという利点がある。ボンド磁石には、磁性粉末として磁気異方性がない等方性材料を用いた等方性ボンド磁石と、磁性粉末として磁気異方性を有する材料を用いた異方性ボンド磁石とが存在する。磁性粉末の磁化方向を一定の向きに揃えている異方性ボンド磁石は、等方性ボンド磁石よりも磁気特性が比較的優れている。

異方性ボンド磁石を製造する手法として、種々のものが提案されている（例えば、特許文献１から３など）。

特許文献１では、磁性粉末と熱硬化性樹脂との混合物を成形用の金型に充填した後、その金型を磁界中に維持させた状態で、混合物の圧縮成形により、所望の形状を有した異方性ボンド磁石を製造する。

特許文献２では、射出口に磁場印加用コイルを配置した射出成型機を用いて、異方性磁性粉末と樹脂との混合物を磁界を印加しながら押出成形することにより、異方性ボンド磁石を製造する。
特許文献３では、押出口に磁場印加用コイルを配置した押出成型機を用いて、異方性磁性粉末と樹脂との混合物を磁界を印加しながら押出成形することにより、異方性ボンド磁石を製造する。

特開２０１０−１９９２２２号公報 特開２０１４−２７０３０号公報 特開２０１３−１０５９６４号公報

しかしながら、特許文献１にあっては、製造される異方性ボンド磁石の形状が変化するたびに新たな金型が必要になるという問題がある。また、金型による成形のために磁性粉末の配向が乱れるという問題もある。

一方、特許文献２、３にあっては、成形し得る形状が限定されるという問題がある。また、押出成形により磁性粉末の配向が乱れるという問題もある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、三次元成形機の手法を利用することにより、金型が不要であって形状が変わるたびに新たな金型を作製する必要がなく、任意の形状をなす異方性ボンド磁石を容易に製造でき、また、磁性粉末の配向の乱れも生じない異方性ボンド磁石の製造方法及び製造装置、並びに該製造方法により製造した異方性ボンド磁石を提供することを目的とする。

本発明に係る異方性ボンド磁石の製造方法は、磁性粉末と溶融された熱可塑性樹脂との混合物をノズルから板状の積層台に押出し、積層させて、異方性ボンド磁石を製造する方法であって、前記積層台の上面の積層空間を囲む位置に、前記積層台の上下面に平行な方向に磁極を有する第１磁石を、前記積層空間を挟んで同極が対向するように配置するとともに、前記積層台の下面に、前記積層台の上下面に垂直な方向に磁極を有する第２磁石を、前記積層台を挟んで前記第１磁石の積層空間側の磁極と前記第２磁石の積層台近位側の磁極が異なるように配置しておき、前記ノズル及び前記積層台を相対的に三次元で移動させながら、前記混合物を前記ノズルから前記積層台の前記積層空間に押出することを特徴とする。

本発明に係る異方性ボンド磁石の製造装置は、磁性粉末と溶融された熱可塑性樹脂との混合物を押出するノズルと、該ノズルから押出される前記混合物を受けて積層させる積層台と、該積層台の上面で積層空間を囲む位置に、前記積層台の上下面に平行な方向に磁極を有し、前記積層空間を挟んで同極が対向するように設けられた第１磁石と、前記第１磁石の積層空間側の磁極と積層台近位側の磁極が異なるように前記積層台の下面に設けられ、前記積層台の上下面に垂直な方向に磁極を有する第２磁石と、前記ノズル及び前記積層台を相対的に三次元で移動させる移動手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る異方性ボンド磁石は、磁性粉末と溶融された熱可塑性樹脂との混合物をノズルから板状の積層台に押出し、積層させて製造される異方性ボンド磁石であって、前記積層台の上面の積層空間を囲む位置に、前記積層台の上下面に平行な方向に磁極を有する第１磁石を、前記積層空間を挟んで同極が対向するように配置するとともに、前記積層台の下面に、前記積層台の上下面に垂直な方向に磁極を有する第２磁石を、前記積層台を挟んで前記第１磁石の積層空間側の磁極と前記第２磁石の積層台近位側の磁極が異なるように配置しておき、前記ノズル及び前記積層台を相対的に三次元で移動させながら、前記混合物を前記ノズルから前記積層台の前記積層空間に押出させて製造されることを特徴とする。

本発明にあっては、磁性粉末と溶融された熱可塑性樹脂との混合物をノズルから板状の積層台に押出し、積層させて、異方性ボンド磁石を製造する。積層台の上面には積層空間を囲む態様で、積層空間を挟んで同極が対向するように積層台の上下面に平行な方向に磁極を有する第１磁石を配置してある。また、積層台の下面には、積層台を挟んで第１磁石の積層空間側の磁極と第２磁石の積層台近位側の磁極が異なるように、積層台の上下面に垂直な方向に磁極を有する第２磁石を配置してある。ノズル及び積層台を相対的に三次元で移動させながら、前記混合物をノズルから積層台の積層空間に押出し、積層して、所望の形状をなす異方性ボンド磁石を製造する。

上記のような第１磁石及び第２磁石の配置関係により、第１磁石と第２磁石との間で、積層台の上下面に垂直な方向（言い換えるとノズルからの混合物の押出方向）に向かう一定の磁束の流れが生じるため、積層される成形体は磁気異方性を有することになり、異方性ボンド磁石を製造できる。

この際、製造すべき形状になるようにノズル及び積層台を相対的に三次元で移動させることにより、金型を用いることなく、所望の形状を有する異方性ボンド磁石を簡単に製造できる。また、三次元印刷の手法を用いており、従来のような金型成形または押出成形ではないため、配向が乱れることは起こり得ない。

本発明に係る異方性ボンド磁石の製造方法は、前記混合物において、前記磁性粉末が磁気異方性を有することを特徴とする。

本発明にあっては、ノズルから押出する混合物の磁性粉末が磁気異方性を有している。よって、積層空間での磁束密度が小さくても磁気特性が良好である異方性ボンド磁石を製造できる。

本発明に係る異方性ボンド磁石の製造方法は、前記ノズルからの前記混合物の押出し、積層により成形された成形体に熱処理を施すことを特徴とする。

本発明にあっては、押出し、積層により成形された成形体である異方性ボンド磁石にさらに熱処理を施す。この熱処理により、成形体で層状になっている構造が押しつぶされて、処理後の異方性ボンド磁石の密度が大きくなって、磁気特性が向上する。

本発明に係る異方性ボンド磁石の製造装置は、前記積層台の上面の前記第１磁石を囲む位置に設けられたヨークを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、積層台の上面に第１磁石を囲むようにヨークを設けている。よって、積層空間を挟んで同極が対向するように配置させた第１磁石にて斥力が発生しても、ヨークによって第１磁石の移動が抑止されるので、安定して異方性ボンド磁石の製造を行える。

本発明に係る異方性ボンド磁石の製造装置は、磁性粉末と熱可塑性樹脂とを混錬した樹脂成形体を加熱して該熱可塑性樹脂を溶融させ、溶融後の前記混合物を前記ノズルに供給する加熱ヒータを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、磁性粉末と熱可塑性樹脂とを混錬した樹脂成形体を加熱ヒータにて加熱して熱可塑性樹脂を溶融させて、ノズルから押出させる溶融混合物を作成する。よって、積層に適した混合物をノズルから押出することができ、精度良く異方性ボンド磁石を製造できる。

本発明に係る異方性ボンド磁石の製造装置は、前記第１磁石の上方に該第１磁石に対向させて設けられた軟磁性体を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、第１磁石より漏れる磁束が下方の第２磁石だけでなく上方の軟磁性体にも向かうので、第１磁石からの磁束は積層台の上下面に垂直な方向に精度よく向く。よって、積層空間で積層成形される異方性ボンド磁石は、より安定した磁気異方性を得ることができる。

本発明に係る異方性ボンド磁石の製造方法は、磁性粉末と溶融された熱可塑性樹脂との混合物をノズルから板状の積層台に押出し、積層させて、異方性ボンド磁石を製造する方法であって、前記積層台の上面の積層空間に一定方向の磁束の流れを形成させるとともに、前記ノズル及び前記積層台を相対的に三次元で移動させながら、前記混合物を前記ノズルから前記積層台の前記積層空間に押出することを特徴とする。

本発明にあっては、磁性粉末と溶融された熱可塑性樹脂との混合物をノズルから板状の積層台に押出し、積層させて、異方性ボンド磁石を製造する。一定方向の磁束の流れを積層空間に形成させながら、かつ、ノズル及び積層台を相対的に三次元で移動させながら、前記混合物をノズルから積層台の積層空間に押出し、積層して、所望の形状をなす異方性ボンド磁石を製造する。

本発明によれば、金型が不要であって形状が変わるたびに新たな金型を作製する必要がなく、任意の形状をなす異方性ボンド磁石を短期間で容易に製造することができる。また、三次元印刷の手法を用いており、従来のような金型成形または押出成形を利用していないので、配向の乱れを防止できて、高精度の磁気特性を有する異方性ボンド磁石を製造できる。

本発明に係る異方性ボンド磁石の製造装置の全体構成を示す斜視図である。 樹脂成形体の形成機の構成を示す断面図である。 本発明に係る異方性ボンド磁石の製造装置における磁石の配置と磁束の流れとを示す模式図である。 第１磁石の他の構成例を示す平面図である。 第１磁石のさらに他の構成例を示す平面図である。 熱処理における熱処理温度と熱処理前後の異方性ボンド磁石の密度との関係を示すグラフである。 磁性粉末及び溶融した熱可塑性樹脂の混合物を積層する際のピッチと製造される異方性ボンド磁石の密度との関係を示すグラフである。 本発明にて製造した異方性ボンド磁石及び比較例としての等方性ボンド磁石の特性を示す図表である。 本発明に係る他の異方性ボンド磁石の製造装置の全体構成を示す斜視図である。 本発明に係る他の異方性ボンド磁石の製造装置における磁石及び軟磁性体の配置と磁束の流れとを示す模式図である。 本発明にて製造した異方性ボンド磁石の特性を示す図表である。 本発明に係るさらに他の異方性ボンド磁石の製造装置の全体構成を示す斜視図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る異方性ボンド磁石の製造装置の全体構成を示す斜視図である。図１にあって、４０は矩形状をなすベースである。ベース４０の四隅には支柱４１が立設されており、この支柱４１により矩形板状の積層台１が支持されている。この積層台１上にて、後述するように異方性ボンド磁石Ｍが製造される。なお、図１では、積層台１の直交する２辺方向をＸ方向及びＹ方向とし、積層台１の厚さ方向をＺ方向としている。

積層台１の上面の中央部に矩形枠状のヨーク２が設けられている。ヨーク２は、例えばアルミニウム製であり、その内部空間が異方性ボンド磁石Ｍを積層成形により製造する積層空間Ｌとなっている。

積層台１の上面の積層空間Ｌ内に、ヨーク２に接触させた態様でＹ方向に離隔させて第１磁石としての磁界形成用永久磁石３，３が設けられている。磁界形成用永久磁石３，３（第１磁石）は、積層台１の上下面に平行な方向に磁極を有する。磁界形成用永久磁石３，３は何れも、積層空間Ｌの内側の磁極がＮ極であり、外側の磁極がＳ極である。よって、磁界形成用永久磁石３，３の対向する側の磁極は同極のＮ極である。

また、積層台１の下面には積層空間Ｌに対応する位置に、第２磁石としての磁界形成用永久磁石４が設けられている。磁界形成用永久磁石４（第２磁石）は、積層台１の上下面に垂直な方向に磁極を有する。磁界形成用永久磁石４は、積層台１近位側がＳ極であって、遠位側がＮ極である。よって、磁界形成用永久磁石３，３の積層空間Ｌ側の磁極と磁界形成用永久磁石４の積層台１近位側の磁極はＮ極、Ｓ極となって互いに異極である。

積層空間Ｌの中央の上方には、基端が加熱ヒータ５に接続されたノズル６の先端部が位置決めされている。加熱ヒータ５の上部は遮熱板７を介して保温筒８に連通しており、保温筒８の上面部には、表面に凹凸がある一対のローラ９が設けられている。

磁性粉末と熱可塑性樹脂との成形体である樹脂成形体Ｒが、回転するローラ９によって、保温筒８を介して加熱ヒータ５に導入される。加熱ヒータ５は、導入される樹脂成形体Ｒを加熱して熱可塑性樹脂を溶融させ、溶融後の混合物をノズル６に供給する。ノズル６は、供給された混合物を、その先端部から押出して順次積層することにより、異方性ボンド磁石Ｍを製造する。遮熱板７は、加熱ヒータ５からの熱が放散されることを防止し、保温筒８は、樹脂成形体Ｒが外気温にて冷却されることを防止する。なお、樹脂成形体Ｒの形成機構については後述する。

加熱ヒータ５には、Ｘ方向に延在するガイド１０が貫設されており、また、一端がモータ（図示せず）に接続されたベルト１１が架設されている。そして、ベルト１１のＸ方向の移動によって、加熱ヒータ５及びノズル６が一体的にＸ方向に移動できるようになっている。ガイド１０は、ボールねじ（図示せず）の回転駆動により、Ｙ方向に移動可能な台座１２に接続されている。そして、台座１２のＹ方向の移動によって、加熱ヒータ５及びノズル６が一体的にＹ方向に移動できるようになっている。このような駆動手段により、ノズル６はＸ方向及びＹ方向への任意の移動が可能である。

積層台１には、中途が台座１３に貫通されている一対のガイド１４が、Ｚ方向に延在して固設されている。また、台座１３にはボールネジ１５が設けられており、ボールネジ１５の回転駆動により、積層台１がＺ方向に移動できるようになっている。

上述したような駆動機構により、積層台１及びノズル６が相対的に三次元で移動できるようになっている。

なお、上述した実施の形態では、ノズル６がＸ方向及びＹ方向に移動し、積層台１がＺ方向に移動する構成としたが、この構成は一例であり、ノズル６が積層台１に対して相対的に三次元方向に移動可能であれば良く、例えば積層台１は固定であってノズル６がＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動可能である構成でも良く、積層台１及びノズル６の間で相対的な三次元移動が行えれば任意の駆動機構を採用可能である。

図２は、樹脂成形体Ｒの形成機の構成を示す断面図である。形成機は、シリンダ２１と、シリンダ２１の基端部に設けられたホッパー２２と、シリンダ２１内に設けられたスクリュー２３と、シリンダ２１の先端に連なる金型２４と、金型２４の周囲に配された配向コイル２５とを有している。

この形成機では、押出成形によって樹脂成形体Ｒが形成される。ホッパー２２を介して、樹脂成形体Ｒの材料となる磁性粉末（例えば粉末状のハードフェライト）と熱可塑性樹脂（例えばナイロン）とが、シリンダ２１内に投入される。スクリュー２３は、磁性粉末及び熱可塑性樹脂を混合させて先端側に押し出して金型２４へ供給する。そして、金型２４から所定の径を有する樹脂成形体Ｒが押し出される。この際、金型２４を通過する際に、混合物が配向コイル２５から磁界を印加されて、磁気異方性を有する磁性粉末を含む樹脂成形体Ｒが得られる。

なお、配向コイル２５は本発明に必須の構成要素ではなく、図１に示した製造装置を用いた異方性ボンド磁石Ｍの製造時に十分な配向処理を行えれば、樹脂成形体Ｒでの配向処理は特には必要でない。

以下、本発明に係る異方性ボンド磁石の製造方法の工程について説明する。この製造方法は、図２に示した形成機を用いて材料となる樹脂成形体Ｒを形成する工程と、図１に示した製造装置を用いて異方性ボンド磁石Ｍを製造する工程と、製造された異方性ボンド磁石Ｍに熱処理を施す工程とを有する。

（樹脂成形体Ｒの形成工程）
図２に示した形成機のホッパー２２を介して、樹脂成形体Ｒの材料となる磁性粉末と熱可塑性樹脂とを、シリンダ２１内に投入する。磁性粉末として使用する磁性体は、ハードフェライト、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性体、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性体、Ｓｍ−Ｃｏ系磁性体である。ハードフェライトは、比較的低い磁界強度にて異方性ボンド磁石Ｍを製造できる。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性体は、異方性を得るために高い磁界強度が必要であるが、磁気特性により優れた異方性ボンド磁石Ｍを製造できる。本発明では、何れの系磁性体も使用できる。磁性体は、予め粉砕して粉末状にしておく。

材料となる熱可塑性樹脂は、融点が低くて、強靭性及び耐衝撃性を有するものを使用する。このような条件を満たすものとして、ナイロンなどのポリアミド合成繊維が好ましい。

材料となる磁性粉末と熱可塑性樹脂とをシリンダ２１内に投入し、スクリュー２３の回転によって、磁性粉末及び熱可塑性樹脂の混合物を先端側に押し出して金型２４へ供給し、所定の径（１ｍｍ程度）の磁気異方性を有する磁性粉末を含む樹脂成形体Ｒを金型２４から押し出す。配向コイル２５から混合物に印加される金型２４の空間の磁束密度は、０．２Ｔ以上である。

（異方性ボンド磁石Ｍの製造工程）
上述した工程で形成した樹脂成形体Ｒを、図１に示した回転するローラ９によって、保温筒８を介して加熱ヒータ５に導入する。加熱ヒータ５は、導入された樹脂成形体Ｒを加熱する。この際の加熱温度は、使用した熱可塑性樹脂の融点以上に設定する。加熱ヒータ５は、熱可塑性樹脂が溶融した混合物をノズル６に供給する。

製造すべき異方性ボンド磁石Ｍの形状に対応して、ノズル６及び積層台１を相対的に三次元で移動させながら、供給された混合物をノズル６から押出して順次積層することにより、異方性ボンド磁石Ｍを製造する。

図３は、本発明に係る異方性ボンド磁石の製造装置における磁石の配置と磁束の流れとを示す模式図である。図３において、図１と同一部分には、同一の符号を付している。

本発明の製造装置における磁気回路構成では、積層台１の上面の積層空間Ｌ内でＹ方向に離隔させて配置した磁界形成用永久磁石３，３（第１磁石）の対向する側の磁極は同極のＮ極である。磁界形成用永久磁石３，３（第１磁石）は、積層台１の上下面に平行な方向に磁極を有する。また、積層台１の下面に配置した磁界形成用永久磁石４（第２磁石）の磁界形成用永久磁石３，３（第１磁石）と対向する側の磁極はＳ極である。磁界形成用永久磁石４（第２磁石）は、積層台１の上下面に垂直な方向に磁極を有する。積層台１を挟んで磁界形成用永久磁石３，３（第１磁石）の積層空間Ｌ側の磁極（Ｎ極）と磁界形成用永久磁石４（第２磁石）の積層台１近位側の磁極（Ｓ極）が異なるように配置している。したがって、積層空間Ｌ内における磁束の流れは、上部の磁界形成用永久磁石３，３→積層空間Ｌ→下部の磁界形成用永久磁石４となり、積層空間Ｌ内では積層台１に垂直な方向に磁束が向かう。この結果、積層空間Ｌ内では一定方向の安定した磁界が形成されるため、この積層空間Ｌ内で積層成形される異方性ボンド磁石Ｍも安定した磁気異方性を得ることができる。

また、積層空間Ｌ直下の積層台１の下面に磁界形成用永久磁石４を配置しているため、熱可塑性樹脂が溶融している混合物中の磁性粉末がこの磁界形成用永久磁石４に吸引されることになり、ノズル６から押出された混合物が積層台１の中心部に集まりやすくなって周りに飛び散ることを防止でき、効率良く積層成形を行っていくことができる。

なお、使用する磁性粉末がハードフェライトである場合には、磁性粉末を異方性ボンド磁石にするために、積層空間Ｌ（磁界発生空間）の磁束密度は０．４Ｔ程度以上必要である。磁化が高いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末を使用する場合には、これよりも高い磁束密度が必要である。

（異方性ボンド磁石Ｍの熱処理工程）
上述した工程で製造した異方性ボンド磁石Ｍに熱処理を施してもよい。例えば、２００℃以上２４０℃以下で３時間以上の熱処理を、異方性ボンド磁石Ｍに施す。異方性ボンド磁石Ｍ内で層状になっている構造に対して層を押しつぶして、異方性ボンド磁石Ｍの密度を大きくするために、この熱処理を行う。密度を大きくすることにより、磁気特性の向上を図ることができる。

本発明では、上述したように、金型を作製することなく、様々な形状の異方性ボンド磁石を製造することができる。本発明では、ＣＡＤ（Computer Aided Design）にて積層図面を作成しておけば、その積層図面に応じてノズル６及び積層台１を相対的に三次元移動させながら、磁性粉末及び溶融した熱可塑性樹脂の混合物を押出し、積層することにより、所望の形状をなす異方性ボンド磁石を容易に製造できる。例えば、太鼓型形状のように一部が括れたような形状の異方性ボンド磁石でも、簡単に製造できる。長時間を要する金型の作製が不要となるため、短時間にて異方性ボンド磁石の製造が可能となる。

また、本発明では三次元印刷の手法を利用しており、従来のような金型成形または押出成形を用いていないので、配向の乱れが防止できて、高精度の磁気特性を有する異方性ボンド磁石を製造できる。

磁界形成用永久磁石３，３はヨーク２にて囲まれているので、対向するＮ極同士の斥力を受けても磁界形成用永久磁石３，３が移動することはない。なお、このような斥力の影響を受けない程度に磁界形成用永久磁石３，３が強固に積層台１に設けられている場合には、このヨーク２は必ずしも必須の部材ではない。

なお、上述した例では、磁界形成用永久磁石３，３の対向する側の磁極を同極のＮ極とし、磁界形成用永久磁石４の積層台１近位側の磁極をＳ極としたが、この例とは磁極性を全く逆にしても同様に異方性ボンド磁石Ｍを製造できる。また、上述した例では、磁界形成用永久磁石３，３を積層台１の上面のＹ方向に離隔させて設ける構成としたが、磁界形成用永久磁石３，３をＸ方向に離隔させて設けるように構成しても良い。

上述した例では、第１磁石として、Ｙ方向に離隔配置した２個の直方体状の磁界形成用永久磁石３，３を用いたが、これは一例であり、磁気回路は他の構成であっても良い。以下、第１磁石（磁気回路）の他の構成例について説明する。

図４は、第１磁石の他の構成例を示す平面図である。積層台１の上面の中央部には、図１と同様な四角枠状のヨーク２が設けられ、このヨーク２に内接する態様で四角枠状の磁界形成用永久磁石３０が、第１磁石として設けられている。磁界形成用永久磁石３０の磁極は、内側が全域にわたってＮ極であり、外側が全域にわたってＳ極である。よって、この例でも、積層空間Ｌを挟んで磁界形成用永久磁石３０（第１磁石）の対向する磁極は同極（Ｎ極）である。また、積層台１の下面には、積層台１近位側がＳ極であって、遠位側がＮ極である図１の例と同様な磁界形成用永久磁石が、第２磁石として設けられている。この構成例にあっても、上部の磁界形成用永久磁石３０→積層空間Ｌ→下部の磁界形成用永久磁石となる一定方向の磁束の流れが積層空間Ｌ内に安定的にできるため、安定した磁気異方性を有する異方性ボンド磁石を製造することができる。

図５は、第１磁石のさらに他の構成例を示す平面図である。積層台１の上面の中央部には、円環状のヨーク２０が設けられ、このヨーク２０に内接する態様で円環状の磁界形成用永久磁石３１が、第１磁石として設けられている。磁界形成用永久磁石３１の磁極は、内周側が全域にわたってＮ極であり、外周側が全域にわたってＳ極である。よって、この例でも、積層空間Ｌを挟んで磁界形成用永久磁石３１（第１磁石）の対向する磁極は同極（Ｎ極）である。また、積層台１の下面には、積層台１近位側がＳ極であって、遠位側がＮ極である図１の例と同様な磁界形成用永久磁石が、第２磁石として設けられている。この構成例にあっても、上部の磁界形成用永久磁石３１→積層空間Ｌ→下部の磁界形成用永久磁石となる一定方向の磁束の流れが積層空間Ｌ内に安定的にできるため、安定した磁気異方性を有する異方性ボンド磁石を製造することができる。なお、図５の例とは異なり、対向する円環の一部からなる一対の磁界形成用永久磁石にて、第１磁石を構成するようにしても良い。

なお、上述した例では、第１磁石及び第２磁石として、永久磁石を用いる場合について説明したが、積層台の上下面に平行な方向に磁極を有する第１磁石の積層空間を挟んで対向する磁極が同極であって、積層台を挟んで対向する第１磁石の積層空間側の磁極及び第２磁石の積層台近位側の磁極が異極となるようにする場合には、第１磁石及び第２磁石の少なくとも一方が電磁石であっても良い。

本発明において、優れた磁気特性の異方性ボンド磁石を得るためには、製造される異方性ボンド磁石の密度を大きくする必要がある。密度を大きくする手法として、前述したように製造後の異方性ボンド磁石に熱処理を施す手法、磁性粉末及び溶融した熱可塑性樹脂の混合物を積層する際のピッチを小さくする手法がある。

図６は、熱処理における熱処理温度と熱処理前後の異方性ボンド磁石の密度との関係を示すグラフである。ここで、磁性粉末としてＳｒフェライト粉を使用し、熱可塑性樹脂として１２ナイロンバインダーを使用した。図６の横軸は熱処理時の熱処理温度（℃）であり、縦軸は密度（ｇ／ｃｍ³ ）である。また、図中Ａは熱処理前の異方性ボンド磁石の密度、図中Ｂは熱処理後の異方性ボンド磁石の密度をそれぞれ表している。なお、熱処理温度は２００℃〜２４０℃に設定し、加熱時間は３時間である。

図６に示すように、例えば熱処理温度を２２０℃にした場合には、熱処理前で２．５１ｇ／ｃｍ³ であったのが、熱処理後で２．７２ｇ／ｃｍ³ であった。熱処理前後で密度が８％程度大きくなっている。熱処理前後の異方性ボンド磁石の断面を顕微鏡にて観察したところ、熱処理によって層が押しつぶされて、１０％程度間隔が狭くなったことを確認できた。

本発明にあっては、積層された積層成形体に熱処理を施すことにより、製造する異方性ボンド磁石の密度を大きくすることができ、優れた磁気特性を有する異方性ボンド磁石の製造が可能となる。

図７は、磁性粉末及び溶融した熱可塑性樹脂の混合物を積層する際のピッチと製造される異方性ボンド磁石の密度との関係を示すグラフである。図７の横軸は積層ピッチ（ｍｍ）であり、縦軸は密度（ｇ／ｃｍ³ ）であり、積層ピッチを０．０４５ｍｍ〜０．１ｍｍまで変化させた場合の密度の変化を示している。

図７に示すように、積層ピッチを狭くするほど密度は大きくなっており、積層ピッチを０．０４５ｍｍとした場合には、素材の密度（３．０ｇ／ｃｍ³ ）に対して１００％の高密度を実現できている。

本発明にあっては、積層ピッチを狭くすることにより、製造する異方性ボンド磁石の密度を大きくすることができ、優れた磁気特性を有する異方性ボンド磁石の製造が可能となる。

図１に構成を示す製造装置を用いて、磁束密度を０．４Ｔにして異方性ボンド磁石を製造し、製造した異方性ボンド磁石の特性を測定した。以下、その結果について説明する。

具体的には、磁性粉末としてＳｒフェライト粉を使用し、熱可塑性樹脂として１２ナイロンバインダーを使用した。これらのＳｒフェライト粉及び１２ナイロンバインダーを５０体積％ずつ図２に示した形成機に投入して、直径１０ｍｍ×高さ７ｍｍである円柱状の樹脂成形体を形成した。形成した樹脂成形体を、図１に示した製造装置に導入して異方性ボンド磁石を製造した。この際の積層ピッチは０．０４５ｍｍであり、積層空間における磁束密度は０．４Ｔとした。

異方性ボンド磁石の特性（密度、最大エネルギー積（（ＢＨ）_max ）、磁束密度（Ｂ_r ）、保磁力（Ｈ_cJ）を測定した。その測定結果を図８に示す。また、比較例として、同じ材料を用いて、同じ形状の等方性ボンド磁石を製造した。この等方性ボンド磁石の特性の測定結果も図８に併せて示す。

図８に示す結果から、本発明にて製造された異方性ボンド磁石は、金型成形や押出成形を行わずに作製されたボンド磁石であるが、等方性ボンド磁石に比べて優れた磁気特性を有していることが分かる。よって、本発明によれば磁気特性に優れた異方性ボンド磁石を製造できることが立証できた。

以下、本発明の他の実施の形態について説明する。図９は、本発明に係る他の異方性ボンド磁石の製造装置の全体構成を示す斜視図である。図９にあって、図１と同様な部分には同一番号を付している。

図９に示す異方性ボンド磁石の製造装置にあっては、遮熱板７の下面に鉄板等の軟磁性体１６が配置されている。この板状の軟磁性体１６の材料として、ＪＩＳ規格 JIS G 3101の一般構造用圧延鋼材であるＳＳ４００を使用できる。また、無方向性電磁鋼帯（ＪＩＳ規格 JIS C 2552-1986）または方向性電磁鋼帯（ＪＩＳ規格 JIS C 2553-1986）である珪素鋼板を使用できる。これら以外に、磁性ステンレスであるフェライト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレスを使用してもよい。この板状の軟磁性体１６は、厚さが０．５ｍｍ〜１５ｍｍであり、製造される異方性ボンド磁石に対向する面の面積が３ｃｍ² 〜３０ｃｍ² である。

図１０は、図９に示した本発明に係る他の異方性ボンド磁石の製造装置における磁石及び磁性体の配置と磁束の流れとを示す模式図である。図１０において、図９と同一部分には、同一の符号を付している。軟磁性体１６が、磁界形成用永久磁石３，３の上方に磁界形成用永久磁石３，３に対向して設けられている。

この例でも、磁界形成用永久磁石３，３及び磁界形成用永久磁石４の配置により、図３で説明した場合と同様に、積層台１に垂直な方向に磁束が向かう。この例では、磁界形成用永久磁石３，３より漏れる磁束が、磁界形成用永久磁石４だけでなく軟磁性体１６にも向かう。よって、磁界形成用永久磁石３，３より漏れる磁束が、積層台１により垂直な方向に向かう。この結果、積層空間Ｌ内で積層成形される異方性ボンド磁石Ｍは、より安定した磁気異方性を得ることができる。

図９に構成を示す製造装置を用いて、異方性ボンド磁石を製造し、製造した異方性ボンド磁石の特性を測定した。板状の軟磁性体１６の材料としてＳＳ４００を使用し、軟磁性体１６の寸法は縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ２ｍｍであって、磁界形成用永久磁石４の厚さに対して８％の厚さとした。また、製造される異方性ボンド磁石Ｍに対向する軟磁性体１６の面の面積は１６ｃｍ² であった。なお、軟磁性体１６以外の製造条件は、前述した図１に構成を示す製造装置を用いた場合と同じ製造条件とした。測定結果を図１１に示す。

図１１に示す測定結果と図８に示す測定結果とを比較した場合、軟磁性体１６を設けた図９に示す製造装置を用いて製造した異方性ボンド磁石では、軟磁性体１６を設けない図１に示す製造装置を用いて製造した異方性ボンド磁石に比べて、磁束密度（Ｂ_r ）が向上していることが分かる。

図１２は、本発明に係るさらに他の異方性ボンド磁石の製造装置の全体構成を示す斜視図である。前述した図１または図９に示す製造装置では、配向用の一定方向の磁束の流れを形成するために永久磁石及びヨークにて磁気回路を構成している。これに対して、図１２に示す製造装置は、電磁石を用いて配向用の一定方向の磁束の流れを形成する構成である。なお、図１２にあって、図１と同様な部分には同一番号を付している。

図１２に構成を示す製造装置では、ヨーク２、磁界形成用永久磁石３，３及び磁界形成用永久磁石４は存在せず、加熱ヒータ５の下方であって、ノズル６を中心としてノズル６から一定距離を隔てて、コイル１７が捲回されている。図示しない電源からコイル１７に直流電流を通電することにより、異方性ボンド磁石Ｍを製造する場である積層空間Ｌに、積層台１に垂直な一定方向の磁束が形成される。なお、通電する電流は直流以外にパルスを含めた交流電流でもよい。

製造すべき異方性ボンド磁石Ｍの形状に対応してノズル６及び積層台１を相対的に三次元で移動させるとともに、コイル１７に通電させながら、供給された混合物（磁性粉末及び溶融した熱可塑性樹脂の混合物）をノズル６から押出して順次積層することにより、異方性ボンド磁石Ｍを製造する。

このような電磁石を用いた製造装置を使用した場合でも、優れた特性を有する異方性ボンド磁石を製造できることを確認した。電磁石を用いる場合には、コイル１７に通電する電流の大きさを制御することにより、積層空間Ｌでの磁束密度を容易に調整することができる。また、電流の流れる方向を調整することにより、積層空間Ｌでの一定方向の磁束の流れを容易に調整することができる。

なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 積層台
２，２０ ヨーク
３，３０，３１ 磁界形成用永久磁石（第１磁石）
４ 磁界形成用永久磁石（第２磁石）
５ 加熱ヒータ
６ ノズル
１６ 軟磁性体
１７ コイル
Ｌ 積層空間
Ｍ 異方性ボンド磁石
Ｒ 樹脂成形体

Claims (9)

1. 磁性粉末と溶融された熱可塑性樹脂との混合物をノズルから板状の積層台に押出し、積層させて、異方性ボンド磁石を製造する方法であって、
   前記積層台の上面の積層空間を囲む位置に、前記積層台の上下面に平行な方向に磁極を有する第１磁石を、前記積層空間を挟んで同極が対向するように配置するとともに、前記積層台の下面に、前記積層台の上下面に垂直な方向に磁極を有する第２磁石を、前記積層台を挟んで前記第１磁石の積層空間側の磁極と前記第２磁石の積層台近位側の磁極が異なるように配置しておき、
   前記ノズル及び前記積層台を相対的に三次元で移動させながら、前記混合物を前記ノズルから前記積層台の前記積層空間に押出する
   ことを特徴とする異方性ボンド磁石の製造方法。
2. 前記混合物において、前記磁性粉末が磁気異方性を有することを特徴とする請求項１に記載の異方性ボンド磁石の製造方法。
3. 前記ノズルからの前記混合物の押出し、積層により成形された成形体に熱処理を施すことを特徴とする請求項１または２に記載の異方性ボンド磁石の製造方法。
4. 磁性粉末と溶融された熱可塑性樹脂との混合物を押出するノズルと、
   該ノズルから押出される前記混合物を受けて積層させる積層台と、
   該積層台の上面で積層空間を囲む位置に、前記積層台の上下面に平行な方向に磁極を有し、前記積層空間を挟んで同極が対向するように設けられた第１磁石と、
   前記第１磁石の積層空間側の磁極と積層台近位側の磁極が異なるように前記積層台の下面に設けられ、前記積層台の上下面に垂直な方向に磁極を有する第２磁石と、
   前記ノズル及び前記積層台を相対的に三次元で移動させる移動手段と
   を備えることを特徴とする異方性ボンド磁石の製造装置。
5. 前記積層台の上面の前記第１磁石を囲む位置に設けられたヨークを備えることを特徴とする請求項４に記載の異方性ボンド磁石の製造装置。
6. 磁性粉末と熱可塑性樹脂とを混錬した樹脂成形体を加熱して該熱可塑性樹脂を溶融させ、溶融後の前記混合物を前記ノズルに供給する加熱ヒータを備えることを特徴とする請求項４または５に記載の異方性ボンド磁石の製造装置。
7. 前記第１磁石の上方に該第１磁石に対向させて設けられた軟磁性体を備えることを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の異方性ボンド磁石の製造装置。
8. 磁性粉末と溶融された熱可塑性樹脂との混合物をノズルから板状の積層台に押出し、積層させて製造される異方性ボンド磁石であって、
   前記積層台の上面の積層空間を囲む位置に、前記積層台の上下面に平行な方向に磁極を有する第１磁石を、前記積層空間を挟んで同極が対向するように配置するとともに、前記積層台の下面に、前記積層台の上下面に垂直な方向に磁極を有する第２磁石を、前記積層台を挟んで前記第１磁石の積層空間側の磁極と前記第２磁石の積層台近位側の磁極が異なるように配置しておき、前記ノズル及び前記積層台を相対的に三次元で移動させながら、前記混合物を前記ノズルから前記積層台の前記積層空間に押出させて製造されることを特徴とする異方性ボンド磁石。
9. 磁性粉末と溶融された熱可塑性樹脂との混合物をノズルから板状の積層台に押出し、積層させて、異方性ボンド磁石を製造する方法であって、
   前記積層台の上面の積層空間に一定方向の磁束の流れを形成させるとともに、前記ノズル及び前記積層台を相対的に三次元で移動させながら、前記混合物を前記ノズルから前記積層台の前記積層空間に押出する
   ことを特徴とする異方性ボンド磁石の製造方法。

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