JPS6257203A - 多極異方性円筒状磁石およびその製造方法 - 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
度を検出しフィードバッ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って、異なる二方
向に磁石の磁化容易軸を配列させ、−２− た後その方向に着磁された磁石（特開昭５９−６１００
８号参照）がｔｉｔ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
混合物を削出成形法等の成形法にＪ：リ一体成形・した
磁石で′あって、リング部３１と該リング部３２の下端
外周に突出１ノだフランジ部３２とがらなっている。

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（Ｍｌ）に、またフランジ部３２では垂直方向（Ｍ
２）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、−例として第６図に示
す成形型によって製造される（特開昭５９−６１００８
号参照）。この成形型３３は、−Ｆ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
部細径にした段イ］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３７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との間に非磁性月４１を配設
する。ざらに磁極］ア３６と成形型部材３９．４０ど非
磁性部月４１．４２どの間に第５図に示したフランジリ
ングと同形の成形空間４３を形成するようにでる。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って、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
って、成形空間４３のリング部４３ａ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って同一成形空間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、−３− 異方性化されＣいる而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
化容易軸方向ど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った。

また上記の製造方法では金型内に電磁コイルを記装置す
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っｌこ　。

本発明の目的は、上述の従来技術の問題点を解澗し、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、本発明の伯の目的は、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。

［問題を解決するための手段］ 本発明は、少イすりとも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、−４，− 極との間の磁力線の方向に沿って配列させたことを特徴
とする多極異方性円筒状磁石Ｃ゛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ャビティの外（内）周面および円筒
状キャビティの端面部に、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
量して前記円筒状キャビティの少なくとも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
円筒状キャビティ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
１ノ１体粉末（フェライト粒子）の配向状態を模式的に
示した図である。

同一面にＮ　４ＨｆとＳ極が交互に現出するように着磁
を行く「っだ場合、磁石内部で番よＳ極からＮ極に向っ
て磁束線（φ）が流れ、一方磁石外部ではＮ極からＳ極
に向って磁束線が流れる。

ラジアル貸方性磁石ｆ＋−（いては、第７図（ａ　）に
示すｊ：うに磁化容易軸は図示矢印×で示すように磁石
中心部から表面へど放射状に向う。これに垂直な而が７
１９１１〜粒子の（０００１）面（Ｆ）である。着磁磁
界が極めＣ小さいとき、磁束線φはＮ極とＳ　ｌｉｉ間
を結ぶ最短磁路Ｃを通り、この部分の磁石を磁化Ｊ−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、磁路り、Ｆ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ｉ・ルφを中
心部に向う成分φｒどこれに垂直な成分φｅに分けた場
合、φｒが有効に働くＡ近傍では大きな磁気エネルギー
を流り−ことができるが、両極間の中央部Ｂ近傍ではψ
、成分に相当覆る低い値の磁気エネルギーしか流すこと
ができない。従っ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４Ｆ！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φｒ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ってい
る。このため、フェ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。したがって
各ｖＡ補極上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量されている。したがってヨー
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、成形空間の中を通って、各々の永久磁石のＳ極に
戻る。

、−７− 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図を８
１方向から見た図、第１図（Ｃ）は第１図（ｂ）を＄２
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（〆）に破線で示すように磁
石内部の磁力線方向に沿っ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７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って配列さ
れているので、フランジ部３でも高い、　−８− 表面磁束密度が得られる。

したがってこの円筒状磁石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７ランジ部の端面とで表面磁束密度は同じでもある
いは異なっ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図面を参照して説
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°Ｃ可動型
６と接している。固定型５、可動型６、環状体７．８、
コア受は板９により形成される円筒状空間が磁石成形用
キャビティ１１である。環状体７．８の周囲は非磁性か
らなるバックアップ部材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
して円筒状キャビティ１１に連通している。

可動型６はスペーサブロック１７を介して下板１８に固
定されている。可動型６には円筒状キャビティ１１に閉
口する垂直孔があり、突出しビン１９が垂直移動自在に
貫通している。突出しビン１９は、突出しビン固定用上
板２０に固定されており、上板２０に固定された下板２
１の下面中央に連結されたロッド２２は、下板１８の中
央孔２３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　、　２５
ｂ　、　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２５ａ　１２５ｂ　、　
２５ｃ　、・・・とヨーク２６ａ　、　２６ｂ　、２６
ｃ　、・・・の外周面には非磁性体スリーブ２７が設け
られている。

第３図（ｂ）は、同様に環状体８、おＪ：びスプルー１
５、ランナー１Ｇの構造を詳細に示す。

非磁性バックアップ部ｔｔＡ１２には永久磁石２８ａ、
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２９ａ　
、２９ｂ、２９Ｃ１・・・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貿
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２６ｂ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
を通ってＳ極に流入しようとする。故にヨーク２６１）
の先端はＮ極となる。同様な原理にＪ：り隣りのヨーク
２６ｃの先端はＳ極となる。このようにして、ヨーク２
６ａ　、　２６１）　、２６ｃ　、　−の先端には、Ｓ
、Ｎ、Ｓ、・・・のように交互に反対極性の！ｌ極が坦
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、＝　ｊｌ　
− 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３００００　ｅ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ｉ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。このためにザマリウム・コバル１へ磁石
、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８，５００Ｇ以上、好ましく
は１０，０ＯＯＧ以上の残留磁束密度１３ｒを有する（
例えば特開昭５５−５０１００号、特開昭５８−１４２
５０７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。

、−１２− まず強磁性粉末と樹脂との混練物を約り５０℃〜約３５
０℃の温度及び約６００ｋｏ　／ｃｍ２〜約１０００ｋ
ｇ／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を経て円筒状キャビティ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）によりロッド
２２を押し上げて突出しビン１９を上Ｈ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
き続き突出しビン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ャビティ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フェ
ライトやＳｒフェライト等のフェライトの粉末、アルニ
コ磁石粉末、「ｅ　−０ｒ−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−ブタジェン・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１４件の点から、６０重組％以上の必
要があるが、９０ｒ［［％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
酸カリシウム等の滑剤を少量（数重帛％）添加しＣもよ
い。また、強（６性粉末と樹脂との濡れ性を改善Ｊ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。

本発明は上記白金磁石のｑ・１出成形の他に、その押出
成形や、フエライ１へ等の湿式成形にも適用可能である
。

湿式成形は、フェライ１へ等の磁性体の粉末的５０〜７
０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％おにぴ水等の
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ｊ：りさらに詳細に説明する。

平均粒度１．２μｍのフェライト粒子（Ｓｒ　・　６Ｆ
ｅ　２０３　＞　　７，６５ｋｏに１．３５Ｊ］のナイ
ロン１２（宇部興産製３０１４Ｕ　）を加え、ヘンシェ
ルミキサーで予備混合した後２軸押出機を用いて２３５
℃の温度でポットカットを行ないペレットを作成した。

このペレットを第３図に示す金型を備えた成形ｌ幾に投
入し、２９０℃の温度、８００ｋｇ　７ｃｍ２の圧力で
８０℃に加熱した金型内のキャビティ１１に射出しつい
で冷却固化した。キャビティ内の寸法は、内径φ４０ｍ
ｍ、外径φ４　Ｇ　ｍ　ｍ　、長さ１０ｍｍであって、
かつフランジ部外径φ４８ｍｍ、フランジ部厚み１．５
ｍｍであった。多極静磁場発生用の各永久磁石はザマリ
ウム・コバルト磁石（８立金属製　ｌ−１−３０ＣＩ−
１＞であり、Ｂｒ　１０，６００Ｇ、　Ｈｃ　　９，０
ＯＯＯｅであり、ヨークは５Ｓ４１材を使用した。

キャビティ１１の内周面に表われる各磁極上の磁場強度
は約４００００Ｑ　ｅであった。本実施例ではキャビテ
ィ１１の内周面に１８個の永久磁石を使用し、キャビテ
ィ１１のフランジ面に２４個の永久磁石を使、〜１５− 用したので、キャビティ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Ｊ：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２
４極界方性化を施して１．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ＶＩｋ極を有するコイル式の
公知の構造の着磁装置に入れ、ｊｏｏｏＱ　ｅの磁場で
前記異方性方向と同方向の着磁を行った。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１
５００Ｇ　、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１，２００Ｇであった。

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り
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、−１６− １０００Ｇ　、磁石フランジ部においては２４極の平均
で８００Ｇ程度であった。

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、キャビティ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、多極静磁場はキャビティ１１の
内周面上およびキャどティ１１の外径面上および両端面
上と各キャビティ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。

したがっ゛に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Ｊ：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Ｊ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７１−７１断面図、第３図（ｂ）は第２図
を２２−２２方向から見た図、第４図（ａ）及び（１）
）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〈
１））はそれぞれ、従来及び本発明に係る円筒状磁石の
配向状態を示づ一模式図である。 １；円筒状磁石、２；リング部、３：フランジ１１８．
ヮゎ　　　　第１図 第２図 ４・・・金型１４・・・ノズル口 ５・・・固定型　　　　　１５・・・スプルー６・・・
可動型　　　　　１６・・・ランナー７・・・環状体　
　　　　１７・・・スペーサブロック８・・・環状体　
　　　　１８・・・下板９・・・コア受は板　　　１９
・・・突出しピン１０・・・コア　　　　　　２０　　
・突出し固定用上板１１・・・キャビティ成形空間　２
１・・・下板１２・・・バソクアソ’部２２　・・ロン
ト１３・・・固定型固定板　　２３・・中央孔第３図 ・・・強磁性利の成形型部利 ・・・強磁性材の成形型部４Ａ

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っ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
   円筒状キャビティ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
   円筒状キャビティ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。