JPH0624175B2 - リング状磁性成形体の製造方法 - Google Patents

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
軸方向に何個か詰み重ねるか、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の磁性部材のキヤビテイの
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ヤビテイを形成し、このキヤ
ビテイ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の磁性部材とはキヤビテイの
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、
キヤビテイ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、キヤビテイ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の磁性部材のキヤビテ
イの外周部での周長を異ならしめてあるので、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、この発明の実施例を説明する前に、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、成型装置のキヤビ
テイの中心軸に垂直な断面、すなわち、第５図のＩ−Ｉ
線に沿う断面図に相当する。第５図は第４図のII−II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はリング状のキヤビテイである。（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間
形に特徴を有するものであるので、キヤビテイ７への磁
石用組成物の供給手段およびキヤビテイ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、キヤビテイ７のまわりに
キヤビテイ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、各磁性部材３，５間には各磁性部材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、キヤビテ
イ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
をキヤビテイ７に面する部分の両端部で接触させるよう
にして、キヤビテイ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、ほ
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、まずキヤビテイ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エ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
よればキヤビテイ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。

キヤビテイ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２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→キヤビテイ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、キヤビテイ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、キヤビテイ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、キヤビテイ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ヤビ
テイ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
長くしてあるのは、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の末端をキヤビテイ７からキヤビ
テイ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。

またキヤビテイ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の厚さをキヤビテイ７の高さよりも厚くし、かつ
キヤビテイ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
端部が上下ともキヤビテイ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の厚さはキヤ
ビテイ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は前記キヤビテイ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。
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図に相当する。なお、第６図においては、第２の磁性
部材５は、第７図（ａ）に示すようにキヤビテイ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
キヤビテイ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III−III線
およびIV−IV線による断面図である。

上記の方法は１個のキヤビテイ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ヤビ
テイ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ヤビテイ
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VI−VI
線，VII−VII線に沿う断面図に相当する。これらの図に
おいては２つのキヤビテイ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ヤビテイ７専用の
部材に分離することも可能である。また各キヤビテイ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、キヤビテイ７の上下方向に
延びている。一般にはキヤビテイ７の上底８および下底
９から上下にそれぞれキヤビテイ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
もキヤビテイ７に向ってその端部が斜めに形成されてい
て、磁束がキヤビテイ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１０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
束の漏洩がキヤビテイ７に及ぼす影響を軽減している。

この方法においては、キヤビテイ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、キヤビテイ７内の磁石用組成
物に比してキヤビテイ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。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１０^５
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
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。

上記におけるキヤビテイ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（比透磁率約１００、最大飽和磁束密度約１７Ｋ
Ｇ）を４個準備し、その各各の一端を、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４０ｍ／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の円柱を製作した。木製の台
座１３の上に上記で製作した４個の部材を直径３９．５
ｍ／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３
００００（ＡＴ）となる電流を通し、キヤビテイ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、キヤビテイ７の各部分
の磁場の強さがほぼ均一であり、従ってキヤビテイ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
キヤビテイ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（ＫＧ） Ａ −ｘ ＋１３．７ Ａ′−Ｘ ＋１２．４ Ｂ −Ｘ −１４．３ Ｂ′−Ｘ −１２．２ Ａ −Ｙ ＋１４．０ 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
がキヤビテイ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の上下端はキヤビテイ７の上底８面および下底９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のキヤビテイ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、キヤビテイ７のＮ極
またはＳ極で磁束密度の不均一が生ずる。キヤビテイ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，下端はキヤビテイ７の上底８面お
よび下底９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、キヤビテイ
７の各極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、
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。この実施例はキヤビテイ７部分における第
１および第２の磁性部材３，５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
（第２図の場合は６極，第３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可
能になる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、第１，第２の磁性部材
のキヤビテイの外周部での周長を異ならしめた成型装置
を用いているので、軸方向の長さ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平断
面図、第５図は第４図のII−II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III−III線および
IV−IV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VI−VI線に沿う断面図、第１０図は第８図のVII−VII
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VIII−VIII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はキヤビテイ、８は上底、９は下底であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｌ 31:34

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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ヤビテイを有しており、 i） 前記キヤビテイの外側壁は、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
   部材とはキヤビテイ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、 成型装置の前記キヤビテイに、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、前記キヤビテイ
   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、前記キヤビテイ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. 【請求項２】キヤビテイ部分における第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. 【請求項３】内型の軸方向の長さを、キヤビテイ部分に
   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. 【請求項４】金型が複数のキヤビテイを有していること
   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。