JPH03236206A - 多極異方性樹脂磁石の製造方法 - 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］ 本発明は、小型高性能モータ等に利用される多極異方性
樹脂磁石およびその製造方法に関する。

［従来の技術］ 磁性粉を含む樹脂をリング状等に成形し、その外周面に
異方性磁極の多数を設けた樹脂磁石は、モータ等の磁性
部材から構成される部分に用いることによフてモータ等
の小型化、軽量化が容易であるなどの点から、種々の分
野において利用され、あるいはその利用が検討されつつ
ある。

樹脂磁石の応用範囲の拡大に応じて、高磁気エネルギー
を有し、かつ磁極のシャープな高性能樹脂磁石を得るた
めの種々の試みがなされている。

例えば、特公昭５６−５０４５等には、８０重量％〜９
０重量％と高密度に磁性粉を含有させた熱可塑性樹脂を
、磁性粉の配向用（異方性化）のための磁界中で射出成
形し、得られた成形品に着磁することによる多極異方性
磁石の製造方法が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ 磁性粉を含有させた樹脂材料を用いて得られる樹脂磁石
における磁力は、磁力有効領域を形成する磁性粉の量や
磁性強度によって主に決定される。なお、磁力有効領域
とは、着磁によって生成する磁器回路と同一の磁気的方
向を有する磁場処理により磁性粉か配向する領域である
。

ところが、上述の特公昭５６−５０４５等に記載の樹脂
磁石では、磁性粉含有量が高いために、第６図において
１′に示すような磁力有効領域とならない部分中にも磁
性粉か高い含有量で含まれることになる。これは、磁性
粉含有量か高いと磁性粉同志の凝集など磁性粉間の干渉
が大となる為お互いの動きを妨げる結果となって極配向
磁場では磁石表面付近の磁力有効領域へ十分に弓き寄せ
ることはできない。この傾向は磁石の極数が多くなると
極配向磁場が磁石表面方向へ移行してしまう為より一層
悪くなる。すなわち、樹脂磁石の磁力強度に貢献しない
磁性粉が非磁力有効領域に高濃度で含有されることにな
り、この方法で得られる樹脂磁石は、磁性粉の有効利用
という観点においてなお改善すべき問題を有するもので
あった。

特に、より高性能な樹脂磁石を得るためにしばしば磁性
粉として希土類磁石粉末を使用するが、希土類磁石粉末
はフェライト磁石粉末等に比較して非常に高価であるた
め、これら希土類磁石粉末を利用する場合には、樹脂磁
石中での磁性粉の有効利用は高性能樹脂磁石の低コスト
化において重要である。

更に、磁性粉をより有効に利用し、磁性粉含有量を減ら
すことがてきれば、樹脂磁石自体の軽量化も行なえる。

また、上述の従来技術におけるように、熱可塑性樹脂に
８０〜９０重量％と高濃度で含有させると、流動性が非
常に悪化するため、射出成形において高型温、高樹脂温
、高射出圧、高射出速度が必要となる。そのため、型や
、成型機にコストにかかる特別な構成の付加が必要であ
り、型や成型機も大型化し、このことも製造コストの増
大を招く原因となっている。更に、通常用いられている
型材からなる型では、高圧成形に対応させるために型の
能力容量に制限があり、また高圧、高温での成形におい
て耐久性の高い型を得ることが困難である場合も多い。

上述のように樹脂磁石の中央部分に磁性粉を含有するが
磁力に貢献しない部分、すなわち非磁力有効領域が形成
されて、磁性粉が有効に利用されないという問題を解決
する方法として、非磁力有効領域に例えば熱硬化性樹脂
で作られたブロック等をインサートまたはアウトサート
して樹脂磁石を製造する方法が知られている。

ところがこのようなインサートあるいはアウトサート成
形法によれば、磁石の磁力に貢献しない領域にブロック
等をインサートまたはアウトサートするために磁性粉の
有効利用という点で改善はされるが、依然として磁性粉
を８０ｗｔ！に〜９０ｗｔ％含有した樹脂を型内に射出
するため、成形機、型の能力容量、耐久性等に問題が残
る。さらに、インサートまたはアウトサート成形したこ
とで、逆に型が複雑となったり、工程数が増えるなどの
欠点が生じる。

一方、特開昭５３−２８１４号公報、特開昭５３−１４
］４９９号公報には、多極配向磁場により着磁磁極部の
磁性粉含有量を他の部分よりも増大させて高性能多極異
方性樹脂磁石を得る方法が開示されている。

しかしながら、これら公報に開示の方法では、２極ある
いは４極（外径φ３０）といった極数の少ない樹脂磁石
の製造においては磁性粉の有効利用という点で効果を発
揮することが予想されるが、小型高性能ステッピングロ
ータ等に通常使用される６極以上で小径な樹脂磁石の製
造においては、上記のような効果を期待するのは事実上
無理である。それは、極数が４極より増加するに従い極
異方性配向の原理である磁気回路となる隣接する磁気対
間において、それを最短距離で結ぶ弦となる磁極ギャッ
プ間のいちばん磁場の強くかかる部分がキャビティーの
中心部に対して極数が増えるほど外側の表面方向へ移動
してしまうことである。この為に磁力線は例えば第３図
に矢印で示すように直接キャビティーのまわりの磁極間
でリークしてしまい、中心部においては磁極のギャップ
間のパーミアンスによって定義される非常に弱い漏れ磁
束によってしか磁性粉を引きよせることができず、した
がって磁極部近傍に十分に磁性粉を収束させることはで
きない。

本発明の目的は、磁性粉が磁力発生に効率良く利用され
る構造の多極異方性樹脂磁石及びそれを製造するための
方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、磁性粉を有効に利用できる構造を
有することで、磁性粉含有量の低減化とそれにともなう
小型軽量化、コストダウンの可能な多極異方性樹脂磁石
及びその製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、高性能多極異方性樹脂磁石の小型
軽量化、コストダウンを可能とする製造方法を提供する
ことにある。

本発明の他の目的は、高温、高圧下での成形に必要な高
価な特別な構成を持たない成形機を利用して高性能多極
異方性樹脂磁石を低コストで製造できる方法を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の多極異方性樹脂磁石の製造方法は、■）磁性粉
を含む液状の反応硬化性樹脂を成形用金型内に注入し、
多極配向用磁界を印加して多極異方性樹脂磁石を製造す
る方法であって、（ａ）磁性変換自在なＭｉ極を含む所
定の間隔に配列された多数の磁極と、これら磁極に対向
するバックヨークとの間に設けられた成形用キャビティ
ー内に前記反応硬化性樹脂を注入する過程と、（ｂ）各
磁極を同極性としてバックヨークへ一方向に磁束を流し
、該磁束中に注入された未硬化状態の樹脂を保持し、該
磁束に応じて該樹脂中の磁性粉を偏在、配向させる過程
と、 （Ｃ）過程（ｂ）終了後、前記磁極の磁性を所望とする
樹脂磁石の多極異方性に対応して変換させて得られた磁
界をかけつつ樹脂の反応硬化を完了させ、該磁界に応じ
て樹脂内の磁性粉を偏在、配向させる過程とを有するこ
とを特徴とする。

本発明に用いる反応硬化性樹脂としては、千ツマ−、オ
リゴマー、ポリマーから選択した１種以上と必要に応じ
た硬化剤等とを含む組成物が利用でき、例えばウレタン
、ナイロン、アクリル樹脂等の樹脂成分に硬化剤を混合
したもの等が挙げられ、上記過程（ｂ）及び（Ｃ）を行
なうのに十分な硬化時間（必要成分の混合から硬化まで
の反応時間）を有するものが使用される。

樹脂に含有させる磁性粉としては、例えばＳｒフェライ
ト、ネオジ鉄など、フェライト磁石粉末や希土類磁石粉
末等種々のものが利用できる。なお、本発明の方法によ
れば、磁性粉末の有効利用が可能であるので、高価な希
土類磁石粉末を用いた場合においても製造コストの上昇
を最少限に抑えることができる。

原料樹脂への磁性粉の含有量は、所望とする樹脂磁石の
磁性強度等に応じて適宜選択すれば良いが、樹脂の型内
での流動性や磁界印加時における磁性粉の樹脂内での移
動、配向性を考慮した場合、７０重量％以下、好ましく
は５０〜７０重量％とされる。

本発明においては、例えば磁性粉を５０〜７０重量％含
む反応硬化性樹脂を用いることで、８０〜９５重量％と
高濃度で磁性粉を含有する磁力有効領域を得ることがで
きる。

以下、図面を参照しつつ本発明の方法の一例を説明する
。

第１図は本発明に用い得る成形用金型の要部を模式的に
表わした縦断面図である。

この金型は、リング状の成形品を得るためのキャビティ
ー６と、キャビティー６のまわりにその外周壁に添って
所定間隔で配置された磁極４と、高透磁率磁性材からな
る磁極４を動磁する電磁石コイル３と、キャビティー６
を介して磁極４と対向する高透磁率磁性材からなるバッ
クヨーク５とバックヨーク５を励磁する電磁石コイル２
とを有する。

本発明においては、まず、電磁石コイル２に電流を流し
、ハックヨーク５を同一極性に励磁すると、磁力線が磁
極４からキャビティー６を通ってバックヨーク５へ一方
向に流れる。この状態で、キャビティー６内に磁性粉を
含有する樹脂を注入すると、第２図の横断面図に示すよ
うに、未硬化状態の樹脂中での磁性粉８の偏在配向が起
こる。

この時生しる磁力線７は一旦、磁極４に集中した後、ハ
ックヨーク５方向へ向けてキャビティー６内で徐々に分
散するので、結果的に第２図に示すように磁極４へ向け
て収束するように磁性粉か偏在、配向される。すなわち
、磁力有効領域１内に高濃度で、非磁力有効領域１゛に
おいて低濃度で磁性粉を含有する磁性粉の分布が得られ
る。

次に、磁性粉を磁力有効領域に十分偏在させたところて
、電磁石コイル２による励磁をやめ電磁石コイル３に隣
り合うｉ！！極が異なる磁性を有するように電流を流し
、その状態をキャビティー６内の樹脂が硬化するまで保
持する。

この時、磁力線は磁極４間でループを描がき、キャビテ
ィー６内に流れ込み、第２図のように偏在していた磁性
粉８は、更に第３図に示す磁力線９の流れに従って配向
する。その際、高透磁率磁性材料で構成されたバックヨ
ーク５の存在により、磁極４からキャビティー６に流れ
込む磁力線９が第５図に示すように、バックヨーク５方
向に引きをせられるので、へ′ツクヨーク５を設けない
場合の磁力線１１よりもキャビティー６の内周壁方向の
深いところまで磁力線９を送り込むことができ、かつ磁
極間のリーク１０を効果的に防止することができる。

所望の磁性粉の偏在、配向状態が定着し、成形体の形状
が硬化、安定したところで型内から成形品を取り出し、
例えば第６図に示す構造のリング状多極異方性樹脂磁石
を得ることができる。

この樹脂磁石は、磁性粉８が磁力有効領域１において高
濃度に、非磁力有効領域１“において低濃度で含有され
、磁性粉利用効率の極めて高いものである。

硬化状態は、熱可塑性樹脂のように型内に射出すると同
時に冷却固化が始まってしまうのとは違って、樹脂と硬
化剤の組合せおよびその混合比、型の加熱状態等によっ
て最適にすることができるため、磁性粉の十分な偏在、
配向状態を固化するまでに得ることができる。

なお、磁界の印加は、少なくとも、キャビティー内の樹
脂中での所望とする磁性粉の偏在、配向状態が樹脂の硬
化にともなって安定し、かつ所望の磁力が得られるまで
行なえば良い。

また、各磁極４の磁力は、所望する製品の設計に応じて
決定され、同一としても異ならせても良い。

［実施例］ 実施例１ サマリウムコバルト（ＳｍＣｏｓ）粉末（粒径：１〜３
μｓ程度）を６７重量％含む反応硬化性エポキシ樹脂（
硬化時間１分）を調製し、電磁石コイル２に電流を流し
た状態の第１図に示す構成の金型のキャビティー６内に
注入、充填し、その状態を３秒間保持した。

なお、キャビティー６は外形６ｍｍ、内径４　ｍｍ。

高さ７ｍｍのリング状成形品を形成できるように構成さ
れており、バックヨーク５の磁力強度は、キャビティ表
面上で２０ＫＧであった。また、励磁開始のタイミング
は注入中あるいは注入充填時でも良い。

次に、電磁石コイル２による励磁をやめ電磁石コイル３
に電流を通し、磁極４を励磁し、隣り合う磁極が異なる
磁性を有するようにして、その状態を１分間保持させた
。

なお、本成形品を得る為に反応射出成形装置の２個のフ
ィードタンク内に磁性粉含有の主剤（第１液）及び硬化
剤（第２液）を仕込み、循環させながら約４０℃に保っ
た。次に該第１液と第２液を混合ノズルを通じて９０℃
の金型内に混合射出し約１分間保持後型を開き押し出し
ビンにより離型した。離型抵抗を小さくする為に、型開
時には電磁石コイルによる励磁は行わなかった。

得られたリング状の樹脂磁石の軸に対する垂直な面にお
ける磁極の形成状態と、磁性粉の偏在、配向状態は、磁
石断面をラッピングし断面を金属顕微鏡で観察し、磁性
粉含有量は磁石より小片を抽出し焼成することにより調
べたところ、第６図に示すように周辺に６極の異方性磁
極が形成され、かつ磁性粉の大部分が各磁極を通る磁力
線に添った磁力有効領域１内に偏在、配向されているの
が確認された。なお、磁力有効領域１の磁性粉の含有量
は９２重量％、非磁力有効領域１゛の磁性粉の含有量は
８重量％であった。

更に、従来、公知の着磁方法により得られたリング状樹
脂磁石を着磁し、その表面磁束密度及び重量を測定した
ところ、表面磁束密度が７３０Ｇ、重量が０．３ｇであ
フた。

比較例 サマリウムコバルト粉末（粒径：１〜３鱗程度）を９３
重量％含む熱可塑性６−ナイロン樹脂を、樹脂温２８０
℃、射出圧１５００にｇ／ｃｍ２、型温１１０℃の条件
下で従来公知の６極興方性配向方法で射出成形した。

得られたリング状樹脂磁石の着磁後の表面磁束密度は７
２０Ｇであり、その重量は０．６ｇであった。

また、このリング状樹脂磁石の軸に対して垂直な面にお
ける磁極の形成状態を調べたところ、その周辺に６極の
異方性磁極が形成されていることが確認された。また、
軸に対して垂直な面における磁性粉の分布状態を調べた
ところ、磁力有効領域の磁性粉含有量は８６重量％であ
り、また第６図の非磁力有効領域１゛に相当する磁力に
貢献しない部分の磁性粉含有量も９４重量％と高いもの
であフだ。

上述の結果かられかるように、本発明による多極異方性
樹脂磁石の方が表面磁束環も大きく自重も軽いため、高
回転トルクロータ等に非常に有用である。

特にロータに良好な回転性能を得るための項目の一つと
して、慣性モーメントが低いことが挙げられる。ロータ
の慣性モーメントは、ロータの中心からの半径方向にお
ける距離の２乗と、その点の比重に比例する。従って、
第６図に示す構成を有するリング状樹脂磁石をロータと
して使用した場合、ロータ外周壁側に形成された非磁力
有効領域１′の磁性粉含有量が低い、すなわち比重が小
さいことにより、慣性モーメントを低くすることができ
、ロータに良好な回転性能が得られる。

［発明の効果］ 本発明によれば、磁力有効領域に効果的に磁性粉を偏在
させることができるため、磁性粉を効率良く磁力に活用
できる。その結果、少ない磁性粉含有量でも高濃度で磁
性粉を含有する磁力有効領域を形成することができ、十
分な磁性強度が得られ、大幅なコストダウンと軽量化も
可能となる。

また、本発明においては、低圧成形により樹脂磁石が得
られるので成形機に、例えば高圧成形のために必要な構
成等が不要であり、より簡易な構成の安価な成形機の利
用が可能であり、この点からの製造コストの低減化も可
能である。

また、本発明によれば、例えば熱硬化性樹脂等で作られ
たブロック等のインサートあるいはアクトサート等の煩
雑な工程が不要であり、一体成形により効率良い省力化
された多極異方性樹脂磁石の製造が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に用い得る金型の主要部を示す縦断面
図、第２図及び第３図は成形中の金型内の状態を第１図
のＡ−Ａ線断面で示した図、第４図は本発明に用いられ
る樹脂磁石材料の製造工程を示したフロー図、第５図は
、本発明のバックヨークの効果を説明する図面、第６図
は本発明によって得られた６極異方性配向品の断面図で
ある。 １・・・磁気エネルギー有効領域、 ｔ　’　−・・磁気エネルギーに貢献しない領域、２．
３−・・電磁石コイル、 ４・・・極異方性配向用磁極、 ５・・・バックヨーク、 ６・・・キャビティー ７゜ ９・・・磁力線、 ８・・・磁性粉。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）磁性粉を含む液状の反応硬化性樹脂を成形用金型内
   に注入し、多極配向用磁界を印加して多極異方性樹脂磁
   石を製造する方法であって、 （ａ）磁性変換自在な磁極を含む所定の間隔に配列され
   た多数の磁極と、これら磁極に対向するバックヨークと
   の間に設けられた成形用キャビティー内に前記反応硬化
   性樹脂を注入する過程と、（ｂ）各磁極を同極性として
   バックヨークへ一方向に磁束を流し、該磁束中に注入さ
   れた未硬化状態の樹脂を保持し、該磁束に応じて該樹脂
   中の磁性粉を偏在、配向させる過程と、 （ｃ）過程（ｂ）終了後、前記磁極の磁性を所望とする
   樹脂磁石の多極異方性に対応して変換させて得られた磁
   界をかけつつ樹脂の反応硬化を完了させ、該磁界に応じ
   て樹脂内の磁性粉を偏在、配向させる過程 とを有することを特徴とする多極異方性樹脂磁石の製造
   方法。 ２）請求項１の方法で得られた多極異方性樹脂磁石。 ３）磁力有効領域内の磁性粉含有量が８０重量％以上で
   ある請求項２に記載の多極異方性樹脂磁石。