JPH0426764B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の量分野］ 本発明は、各種の電子機器、産業機器に使われ
てる制御用モータの界磁等に使用される多極異方
性円筒状磁石およびその製造方法に関するもので
ある。

［従来の技術］ 各種機器の制御用モーターには、定回転速度で
使用されるものが多く、定回転速度に制御するた
めに常に回転速度を検出しフイードバツク制御す
る機能を持たせることが必要である。

この種の制御用モータの界磁用磁石としては、
例えば射出成形等により一体成形した磁石であつ
て、異なる二方向に磁石の磁化容易軸を配列させ
た後その方向に着磁された磁石（特開昭59−
61008号参照）が提案されている。第５図にこの
界磁用磁石の断面図を示す。磁石３０は磁石粉末
と有機物との混合物を射出成形法等の成形法によ
り一体成形した磁石であつて、リング部３１と該
リング部３２の下端外周に突出したフランジ部３
２とからなつている。

上記磁石は、磁石の磁化容易軸がリング部３１
では直径方向M₁に、またフランジ部３２では垂
直方向M₂に各々配列され、各々二方向に着磁さ
れており、モーター駆動用磁石と回転検出用磁石
とを同時に兼ね備えたものである。

また以上の構成からなる磁石は、一例として第
６図に示す成形型によつて製造される（特開昭59
−61008号参照）。この成形型３３は、上型３４と
下型３５とに分割できるようにしたもので、成形
型３３の中心に上部細径にした段付き円柱体の磁
極コア３６を設け、該磁極コア３６の外周側に電
磁石コイル３７を配設すると共に電磁石コイル３
７により誘起された磁束が図に示す矢印方向の経
路を形成するように電磁石コイル３７の周辺に強
磁性材からなる成形型部材３８，３９，４０を
各々配置する。また、成形型部材３９内において
電磁石コイル３７と成形型部材４０との間に非磁
性材４１を配設する。さらに磁極コア３６と成形
型部材３９，４０と非磁性部材４１，４２との間
に第５図に示したフランジリングと同形の成形空
間４３を形成するようにする。この電磁石コイル
３７の上面に載置した非磁性部材４１は電磁石コ
イル３７により誘起された磁束を使つて、成形空
間４３フランジ部４３ｂに垂直方向の磁束を導く
役割をするものである。一方成形空間４３の上面
に載置した非磁性部材４２は磁極コア３６の中央
を上昇する磁束を使つて、成形空間４３のリング
部４３ｂに直径方向に磁束を導く役割をするもの
である。第６図の成形型は以上のような構成を有
することによつて同一成形空間４３内に二方向の
磁界を設定したものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のモーター用磁石は、磁石の磁化容易軸が
リング部では直径方向に、またフランジ部では垂
直方向に各々異方性化されるが、該磁石は各々の
異方性化されている面に多数の磁極を有するよう
に着磁される。故に、このモーター用磁石は、強
磁性粉末の磁化容易軸方向と着磁後の磁石内部の
磁力線方向とが一致しておらず、この磁石内磁気
構造は高い磁気特性を得る上で最も有利とはいえ
ないという問題点があつた。

また上記の製造方法では金型内に電磁コイルを
記載置するため、電磁コイル収容スペースが大と
なり設備が大型化してしまうという問題点があつ
た。

本発明の目的は、上述の従来技術の問題点を解
消し、モーター用磁石として高い磁気特性を有す
る多極異方性円筒状磁石を提供することである。

また、本発明の他の目的は、その磁石を比較的
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］ 本発明は、少なくとも２つの表面の各々に、交
互にＮ極とＳ極とを有する複数個の磁極を形成す
ると共に、強磁性体粉末の磁化容易軸をＮ極とＳ
極との間の磁力線の方向に沿つて配列させたこと
を特徴とする多極異方性円筒状磁石である。

また、本発明の多極異方性円筒状磁石の製造方
法は、磁石成形用の円筒状キヤビテイの外（内）
周面および円筒状キヤビテイの端面部に、それぞ
れ円周方向に磁気異方性を付与した永久磁石およ
び軸方向に磁気異方性を付与した永久磁石を軟磁
性体ヨークを介してそれぞれ多数配置して前記円
筒状キヤビテイの少なくとも２つの表面に交互に
Ｎ極とＳ極とを有する多極静磁場を形成し、前記
円筒状キヤビテイ内に強磁性体粉末を含む混練物
を注入して所定時間異方性化成形を行なうことを
特徴としてするものである。

［作用］ 本発明は、円筒状磁石を多面多極異方性リング
磁石とすることにより、少なくとも２つの着磁面
の磁石内部の磁気構造が改善され、高い磁気特性
を容易に確保できる。その理由は次の通りであ
る。

第７図ａ及びｂはそれぞれ、ラジアル異方性磁
石及び表面多極異方性磁石の磁化容易軸ならびに
強磁性体粉末（フエライト粒子）の配向状態を模
式的に示した図である。

同一面にＮ極とＳ極が交互に現出するように着
磁を行なつた場合、磁石内部ではＳ極からＮ極に
向つて磁束線φが流れ、一方磁石外部ではＮ極か
らＳ極に向つて磁束線が流れる。

ラジアル異方性磁石おいては、第７図ａに示す
ように磁化容易軸は図示矢印Ｘで示すように磁石
中心部から表面へと放射状に向う。これに垂直な
面がフエライト粒子の｛0001｝面Ｆである。着磁
磁界が極めて小さいとき、磁束線φはＮ極とＳ極
間を結ぶ最短磁路Ｃを通り、この部分の磁石を磁
化する。着磁磁界が暫時大となるに従い、磁束線
φは次第に磁石内部へと入り、磁路Ｄ，Ｅにも磁
束線φが流れるようになる。Ｎ極とＳ極間に流れ
る磁束線ベクトルφ→を中心部に向う成分φ→ｒとこ
れに垂直な成分φ→〓に分けた場合、φ→ｒが有効に
働くＡ近傍では大きな磁化エネルギーを流すこと
ができるが、両極間の中央部Ｂ近傍ではφ→〓成分
に相当する低い値の磁気エネルギーしか流すこと
ができない。従つて残留磁束密度は高くとも、モ
ータ性能に直接関係する表面磁束密度は低くな
る。

これに対して本発明に係る表面多極異方性磁石
の場合、第７図ｂで示すように磁化容易軸は図示
矢印Ｙ方向に向き、磁石中心部へ向うφ→ｒが大き
い領域ではその方向に、それぞれ磁化容易軸を配
した構造となつている。このため、フエライト粒
子の磁気エネルギーを磁束線方向に極力集中させ
ることが可能となる。したがつて各磁極上で残留
磁束密度に応じた磁気エネルギーを効率よく取出
せる磁気回路が構成されるので、高い表面磁束密
度が得られる。

また、本発明では、環状の成形空間の周囲に、
軟磁性体のヨークと永久磁石とが、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。したがつてヨークを介して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
間の中を通つて、各々の永久磁石のＳ極に戻る。
このようにして成形空間の２つ以上の表面には交
互にＮ極とＳ極とが形成される。

［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例に係る円筒状磁石
を示す図で、第１図ａは平面図、第１図ｂは第１
図S₁方向から見た図、第１図ｃは第１図ｂをS₂方
向から見た図である。

円筒状磁石１は強磁性体粉末を含む混練物を射
出成形等の成形法により一体成形してなるもの
で、リング部２とフランジ部３とからなるもので
ある。この円筒状磁石において、リング部２の内
周面にはＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。
ここで、強磁性体粉末の磁化容易軸は、第１図ｃ
に破線で示すように磁石内部の磁力線方向に沿つ
て配列されているので、高い表面磁束密度が得ら
れる。またフランジ部３の端面にも、第１図ａに
示すようにＮ極とＳ極とが交互に着磁されてい
る。しかも強磁性体粉末の磁化容易軸は、第１図
ｂに破線で示すように磁石内部の磁力線の方向に
沿つて配列されているので、フランジ部３でも高
い表面磁束密度が得られる。

したがつてこの円筒状磁石１を前述したモータ
に組込んだ場合、モータ性能、特に回転数の検出
精度の向上が計れる。また上記の円筒状磁石にお
いて、リング部の内周面とフランジ部の端面とで
表面磁束密度は同じでもあるいは異なつていても
モータ性能に変りはない。

次に本発明の製造方法の実施例を添付素面を参
照して説明する。

第２図は、本発明の製造方法に用いる金型の一
例を示す断面図である。

金型４は、固定型５、可動型６、および環状体
７，８を有する。環状体７はコア１０に、又、環
状体８は固定型５に設けられており、非磁性円板
２４を介して可動型６と接している。固定型５、
可動型６、環状体７，８、コア受け板９により形
成される円筒状空間が磁石成形用キヤビテイ１１
である。環状体７，８の周囲は非磁性からなるバ
ツクアツプ部材１２、コア１０、可動型６で包囲
されている。固定型５の上に固定型固定板１３が
設けられていて、固定型固定板１３上にノズル口
１４が形成されている。ノズル口１４の下のスプ
ルー１５は固定型固定板１３および固定型５を貫
通し、ランナー１６を介して円筒状キヤビテイ１
１に連通している。

可動型６はスペーサブロツク１７を介して下板
１８に固定されている。可動型６には円筒状キヤ
ビテイ１１に開口する垂直孔があり、突出しピン
１９が垂直移動自在に貫通している。突出しピン
１９は、突出しピン固定用上板２０に固定されて
おり、上板２０に固定された下板２１の下面中央
に連結されたロツド２２は、下板１８の中央孔２
３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３図ａは環状体７およびコア１０の構造を横
断面図で詳細に示す。非磁性体コア１０は、その
外面に多数の突起２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，…を
有している。各突起間の溝に永久磁石２５ａ，２
５ｂ，２５ｃ，…を収容している。各永久磁石間
には、軟鋼、純鉄あるいはパーメンダ等の軟磁性
体からなるヨーク２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，…が
介装されている。環状体７を構成する永久磁石２
５ａ，２５ｂ，２５ｃ，…とヨーク２６ａ，２６
ｂ，２６ｃ，…の外周面には非磁性体スリーブ２
７が設けられている。

第３図ｂは、同様に環状体８、およびスプルー
１５、ランナー１６の構造を詳細に示す。

非磁性バツクアツプ部材１２には永久磁石２８
ａ，２８ｂ，２８ｃ，…が収容され、各永久磁石
間には、前記と同様に軟磁性体からなるヨーク２
９ａ，２９ｂ，２９ｃ，…が介装されている。そ
れぞれの環状体７，８には、第３図に示されるよ
うに、各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
２５ｂ，２５ｃに注目すると、その間のヨーク２
６ｂにはいずれもＮ極が接しているので、両Ｎ極
から流出した磁束は、ヨーク２６ｂを通つてＳ極
に流入しようとする。故にヨーク２６ｂの先端は
Ｎ極となる。同様な原理により隣りのヨーク２６
ｃの先端はＳ極となる。このようにして、ヨーク
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，…の先端には、Ｓ、
Ｎ、Ｓ、…のように交互に反対極性の磁極が現れ
る。すなわち、永久磁石と軟磁性ヨークによる交
互の磁極により、成形空間１１の表面に多極静磁
場が形成される。同様の原理により成形空間１１
には、環状体８からも同時に多極静磁場を得るこ
とが可能となる。

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3000Oe以上の磁場強度が必
要となる。このてめ永久磁石は、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望ましい。これらの希
土類磁石は8500G以上、好ましくは10000G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58−142507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３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なうことが
できる。

まず強磁性粉末と樹脂との混練物を約250℃〜
約350℃の温度及び約600Kg／cm²〜約1000Kg／cm²の
圧力でノズル口１４より注入し、スプルー１５、
ランナー１６を経て円筒状キヤビテイ１１に射出
する。

異方化成形した複合磁石は、冷却後可動型６を
下方に移動し、シリンダーのピストン（図示せ
ず）によりロツド２２を押し上げて突出しピン１
９を上昇させることにより、コア１０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
１９を元の位置に戻し、可動型６を上昇させるこ
とにより円筒状キヤビテイ１１を復活させ、次の
成形サイクルを行なう。得られた複合磁石は、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、強磁性粉末として
BaフエライトやSrフエライト等のフエライトの
粉末、アルニコ磁石粉末、Fe−Cr−Co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−ブタジエン・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脂を使用
することができる。強磁性粉末と樹脂との配合比
は、磁性特性の点から、60重量％以上の必要があ
るが、90重量％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材を少量（数重量％）添加
してもよい。また、強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
ネート化合物等で強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、フエライト等の湿式成形にも適用可
能である。

湿式成形は、フエ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30〜50重量％を混練してスラリー
とし、本発明の金型内に注入する。この場合上述
した多極静磁場中にて多極異方化を行なう。

本発明を以下の具体例によりさらに詳細に説明
する。

平均粒度1.2μｍのフエライト粒子（Sr・
6Fe₂O₃）7.65Kgに1.35Kgのナイロン１２（宇部興
産製3014U）を加え、ヘンシエルミキサーで予備
混合した後２軸押出機を用いて235℃の温度でホ
ツトカツトを行ないペレツトを作成した。

このペレツトを第３図に示す金型を備えた成形
機に投入し、290℃の温度、800Kg／cm²の圧力で80
℃に加熱した金型内のキヤビテイ１１に射出しつ
いで冷却固化した。キヤビテイ内の寸法は、内径
φ40mm、外径φ46mm、長さ10mmであつて、かつフ
ランジ部外径φ48mm、フランジ部厚み1.5mmであつ
た。多極静磁場発生用の各永久磁石はサマリウ
ム・コバルト磁石（日立金属製Ｈ−30CH）であ
り、Br10600G、Hc9000Oeであり、ヨークは
SS41材を使用した。

キヤビテイ１１の内周面に表われる各磁極上の
磁場強度は約40000Oeであつた。本実施例ではキ
ヤビテイ１１の内周面に18個の永久磁石を使用
し、キヤビテイ１１のフランジ面に24個の永久磁
石を使用したので、キヤビテイ１１の空間内に18
極と24極の多極静磁場を同時に有するものであ
る。

このようにして第１図に示すように、リング部
の内周面に18極異方性化を施し、かつフランジ部
の端面に24極異方性化を施して、モータ駆動用磁
石と回転検出用磁石とを同時に兼ね備えた円筒状
磁石が得られた。この磁石を24極と18極の磁極を
有するコイル式の公知の構造の着磁装置に入れ、
8000Oeの磁場で前記異方性方向と同方向の着磁
を行つた。得られた円筒状磁石の表面磁束密度を
測定したところ、第４図ａに示すように、磁石内
周面においては18極の平均で1500G、同図ｂに示
すように磁石フランジ部においては24極の平均で
1200Gであつた。

これに対して、特開昭59−61008号に開示され
ているように上記と同様形状および同材質に一体
成形した磁石において、リング部は半径方向にフ
ランジ部は軸方向と磁化容易軸が異なる二方向配
列され、前記に示した着磁を施して得られた円筒
状磁石の場合、磁石内周面においては18極の平均
で1000G、磁石フランジ部においては24極の平均
で800G程度であつた。

本発明を実施例に基づき説明したが、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、キヤビテイ１１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。

また実施例においては、多極静磁場はキヤビテ
イ１１の内周面上およびキヤビテイ１１の外径面
上および両端面上と各キヤビテイ表面での各種組
合せも可能である。

［発明の効果］ 本発明により、一体成形リング磁石において強
磁性粉末の磁化容易軸方向と着磁後の磁石内部の
磁力線方向とが一致した面を少なくとも２つ有す
ることにより、従来より磁気特性が大幅に向上し
た、モーター駆動用磁石と回転検出用磁石とを同
時に兼ね備えた円筒状磁石を得ることができる。
したがつてこの磁石をモーターに組み込むことに
より、従来に比べてモーターの高性能、高精度、
小型軽量化を達成できる。また本発明の製造方法
によれば、電磁コイルを用いず、永久磁石を用い
た磁気回路を有する金型を使用するので、設備の
大幅な小型化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃは本発明に係る円筒状磁石の
一実施例を示す図、第２図は本発明に係る円筒状
磁石を製造するための成形金型の断面図、第３図
ａは第２図のZ₁−Z₁断面図、第３図ｂは第２図を
Z₂−Z₂方向から見た図、第４図ａ及びｂは、それ
ぞれ本発明に係る円筒状磁石の内周面及び端面の
表面磁束密度分布波形を示す図、第５図は従来の
円筒状磁石の断面図、第６図は、第５図の円筒状
磁石を製造するための成形金型の断面図、第７図
ａ及びｂはそれぞれ、従来及び本発明に係る円筒
状磁石の配向状態を示す模式図である。 １：円筒状磁石、２：リング部、３：フランジ
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも強磁性体粉末を含む混練物を磁場
   中で成形後着磁して得られた円筒状磁石におい
   て、少なくとも２つの表面に交互にＮ極とＳ極と
   を有する複数個の磁極を形成し、前記強磁性体粉
   末の磁化容易軸をＮ極とＳ極との間の磁力線の方
   向に沿つて配列させたことを特徴とする多極異方
   性円筒状磁石。 ２ 各表面の磁気特性がほぼ同じである特許請求
   の範囲第１項記載の多極異方性円筒状磁石。 ３ 各表面の磁気特性が互いに異なる特許請求の
   範囲第１項記載の多極異方性円筒状磁石。 ４ 強磁性粉末を主体とする混練物を磁場中で成
   形して、多極異方性円筒状磁石を製造する方法に
   おいて、金型の円筒状キヤビテイの周囲の少なく
   とも２つの表面に対向して、円周方向又は軸方向
   に磁化した永久磁石を、軟磁性体のヨークを介し
   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、前記表面の各々に交互に
   Ｎ極とＳ極とを有する多極静磁場を形成し、前記
   円筒状キヤビテイ内に前記混練物を注入して所定
   時間異方化成形することを特徴とする多極異方性
   円筒状磁石の製造方法。