JPS62133705A - 多極異方性円筒状磁石の製造方法及び装置 - 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］ 本発明は強磁性粉末を主体とする混練物を磁場中で成形
することにより多極異方性円筒状磁石を製造する方法及
び装置に関する。

［従来の技術］ 近年、複写機のマグネットロールやモータのロータ等に
おいて増々多数の磁極を有するものが要求されてきた。

特にステッピング・モータのロータ等はステップ角を正
確に制御するために極めて多数の磁極を有することが要
求されている。

このような多極異方性円筒状磁石は（イ）強磁性粉末と
バインダーと溶媒との湿式スラリーを磁場中でプレス成
形し、焼結後着磁するか、（ロ）強磁性粉末と樹脂との
混練物を金型キャビティ内に射出し、溶融中に磁場をか
けて異方性化し、しかる後着磁することにより作製され
る。後者の方法は、焼結の必要がなく、成形後はとんど
機械加工を必要としないので、増々注目されている。

異方性を有する円筒状磁石の製造方法については種々の
提案がなされている。例えば特開昭５７−１７０５０１
号は、磁性粉・樹脂混練組成物を非磁性体領域と磁性体
領域からなる型に押し出してロール状又はパイプ状に成
形する際に、磁気ブラシ用ロールとして着磁すべき極と
同じ場所に外部から電磁石等で磁界を加えて磁束線を発
生させ、溶融状態にある樹脂に配合されている磁性粒子
の磁化容易軸を磁束線の向きに配合させることを開示し
ている。この場合、磁石ロールの着磁場所に当接する磁
性体（ヨーク）の半径方向外方に電磁石が設けられる構
造であるので、着磁極数が多くなると電磁石の数も多く
なり、金型の構造は極めて複雑になる。従って、着磁極
数は実際上余り多くすることはできない。

特開昭５６−６９８０５号は、周囲に複数の永久磁石を
埋設した金型のキャビティに高分子化合物と強磁性粉末
との混合物を射出し、異方性プラスチック磁石を製造す
る方法を開示している。しかし、磁極数が多くなると磁
場配向用永久磁石の間隔は挟まり、磁束の漏洩により配
向力は急速に弱まる。

着磁装置として多数の磁気ヨークに励磁コイルを巻回し
、励磁コイルの磁束の漏洩を防止するために各磁気ヨー
クの間に永久磁石を設けたものが特公昭５４−８Ｃ１号
に開示されている。このような構造とすることによりキ
ャビティ内の着磁磁場は増大したが、各磁気ヨークに励
磁コイルが巻回されているため、構造が複雑であり、実
際上ヨークの数を余り多くすることはできない。

特開昭５６−１１４３０９号は円筒状キャビティの軸線
両側に一対の電磁石を設けた金型を開示している。

キャビティ内には強磁性粉末と合成樹脂との混合物が射
出される。電磁石により同極性の相対向する磁束が発生
し、キャビティ中央で衝突してキャビティの半径方向の
磁束となる。これにより強磁性体粉末混合物は半径方向
に異方性化される。成形体は次いで多数の磁極を有する
ように着磁される。しかしながら、この方法では多極異
方化が成形中に行なわれるわけではない。

従って、本発明の目的は上述の従来技術の欠点を解消し
、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及び装置を提供することで
ある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の多極異方性円筒状磁石の製造方法は、金型の円
筒状キャビティの周囲に、凸部と凹部が交互に並ぶ一対
のヨークを、一方のヨークの凹部に他方のヨークの凹部
が空隙を介して噛み合うように設置し、前記ヨーク間に
円筒状の永久磁石及び磁化コイルを介在させて前記円筒
状キャビティの表面に交互に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
末を主体とする混練物を注入して所定時間異方性化成形
を行うことを特徴とするものである。

また本発明の多極異方性円筒状磁石の製造装置は、　（
ａ）磁石成形用の円筒状キャビティと、（ｂ）前記円筒
状キャビティの周囲に配置された凸部と凹部が交互に並
ぶ一対のヨークであって、一方のヨークの凹部に他方の
ヨークの凸部が空隙を介して噛み合うヨークと、 （Ｑ）前記ヨーク間に介装された。前記円筒状キャビテ
ィの表面上にＮ極とＳ極とを交互に有する多極静磁場を
形成する円筒状の永久磁石及び磁化コイルとを有するこ
とを特徴とするものである。

［作用］ 本発明においては、環状の成形空間の周囲に、凸部と凹
部が交互に並ぶ一対のヨークが、一方のヨークの凹部に
他方のヨークの凸部が空隙を介して噛み合うように配置
されている。上記ヨーク間る。したがって一方のヨーク
の突出部がＮ極に磁化されると、他方のヨークの突出部
はＳ極に磁化される。また磁化コイルに通電することに
より、これらの突出部の磁化はより強くなる。このよう
にして成形空間の表面には交互にＮ極とＳ極とを形成す
ることができる。

［実施例］ 本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。

第１図及び第２図は本発明の多極異方性円筒状磁石を製
造する装置の一例を示す。

装置１は固定型２、可動型４、及び環状体６を有する。

環状体６の中心軸線と一致する軸線を有するコア８が可
動型４に設けられている。固定型２、可動型４、環状体
６及び中心コア８により形成される円筒状空間が磁石成
形用キャビティ１０である。環状体６の外周は非磁性体
からなるバックアップ部材７に包囲されている。

固定型２の」二に固定型固定−に板１２及び下板１４が
設けられており、固定型固定−に板１２にノズル口１６
が形成されている。ノズル口１６の下のスプルー１８は
上板１２及び下板１４を貫通し、固定型固定下板１４の
下面に形成されたランナー２０と連結している。

ランナー２０は固定型２の対応位置に形成された垂直の
ランナー２２に連通している。ランナー２２はゲート２
４を介して円筒状キャビティ１０に連通している。

可動型４は可動型固定板２６の」二に固定されている。

また可動型固定板２６はスペーサブロック３０を介して
下板３２に固定されている。

可動型４には円筒状キャビティ１０に開口する垂直孔が
あり、突出しピン３４が垂直移動自在に貫通している。

突出しピン３４は突出しピン固定用上板部材３６に固定
されており、上板部材３６に固着された下板部材３７の
下面中央に連結されたロッド３８は下板３２の中央孔５
０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図及び第４図は環状体６の構造を詳細に示す。環状
体６は断面形状がＬ字形のリング状ヨーク４０と、同じ
く断面形状がＬ字形のリング状ヨーク４３とを、所定間
隔をおいて対岐させ、両ヨーク間にリング状の永久磁石
４６を装着し、永久磁石４６の内方に、コイルボビン４
８に収容された円筒状の磁化コイル４７を並設したもの
である。環状体６の内周面に非磁性スリーブ４９が設け
られている。また上記ヨークはいずれも軟磁性体からな
っている。

上記のヨーク４０は、内周側に半径方向に切込みを設け
、凸部４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、・・・および凹部４２
ａ、４２ｂ、４２ｃ、・・・が円周方向に交互に所定間
隔で並ぶように構成されている。同様にヨーク４３も内
周側に半径方向に切込みを施して、凸部４４ａ、　４４
ｂ、４４Ｃ１・・・および凹部４５ａ、４５ｂ、４５ｃ
、・・・が円周方向に交互に所定間隔で並ぶように構成
される。またヨーク４０と４３とは、一方の凸部が他方
の凹部に空隙を介して噛み合うように組合わされている
。

上記の環状体において、永久磁石４６により図示破線で
示すような磁束の流れが生ずる。また磁化コイルに図示
の向きに通電すると、図示破線で示す方向に磁束が生じ
て、永久磁石による磁束は増強される。例えば上記凸部
のうち凸部旧ａ、４４ａ、４１ｂに注目すると、ヨーク
４０に生じた磁束は凸部４１ａ及び４１ｂからヨーク４
３に流れると共に凸部４４ａにも流入する。従って凸部
４１ａと４１ｂはＮ極に、一方凸部４４ａはＳ極に磁化
される。すなわち、ヨーク４０の凸部は総べてＮ極に、
ヨーク４３の凸部は総べてＳ極となる。この場合、凸部
４１と凸部４４との最小間隔をΩ１、凸部４４と凹部４
２との最小間隔をＱ２とすると、キャビティ表面に生ず
る磁束を多くするためにＱｌく０□とすることが望まし
い。このようにして、ヨークの内周側には、Ｓ、Ｎ、Ｓ
・・・のように交互に反対の極性の磁極が現れる。この
永久磁石と磁化コイルによる交互の磁極により、キャビ
ティ１０の表面に多極静磁場が形成される。

本発明の望ましい実施例においては、十分なる配向を行
うために３００００ｅ以上の磁場強度が必要となる。こ
のため上述した起磁力発生用の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
磁石が好ましい。これらの希土類磁石は８，５０００以
上、好ましくは１０，０ＯＯＧ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５
８−１４２５０７号参照）。

金型の磁気回路を構成する永久磁石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１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うことができる。

第１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うことができる。

まず磁性粉と樹脂との混練物を約り５０℃〜約３５０℃
の温度及び約６００ｋｇ　／　Ｃｍ”−約１　＋　ＯＯ
Ｏｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ　２の圧力でノズル口１６より注
入し、スプルー１８、ランナー２０．２２を経て円筒状
キャビティ内に射出する。

異方化形成した複合磁石は、冷却後可動型４を下方に移
動し、シリンダーのピストン（図示せず）によりロンド
３８を押し上げて突出しピン３４を上昇させることによ
り、コア８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３４を元の位置に戻し、可動型４を環状
体６と接触するまで上昇させることにより円筒状キャビ
ティ１０を復活させ、次の成形サイクルを行う。得られ
た複合磁石成形体は必要に応じて外径を所定の寸法に加
工し、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、磁性粉として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、Ｆ　ｅ　−Ｃｒ　−Ｇ　ｏ系磁石粉末、Ｎ　ｄ
　−Ｆ　ｅ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、ボリアミド等の熱可塑性樹脂を使用する
ことができる。

磁性粉と樹脂との配合比は、磁気特性の点から、６０重
量％以上の必要があるが、９０％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剤を少量（数重量％）添加し
てもよい。また、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
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、フェライト等の湿式成形にも適用可能である。

湿式成形は、フェ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〜約５０重量％を混線してスラリーとし、本発
明の金型内に注入する。この場合上述した静磁場中にて
多極異方化を行う。

本発明を以下の具体例によりさらに詳細に説明する。

［具体例］ 平均粒度１．２μｍのフェライト粒子（Ｓｒ０・６Ｆｅ
２０３）に１．３５ｋｇのナイロンＩ−２（宇部興産層
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℃の温度で予備混合しホ
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１図および第２図に示す金型を備えた
射出成形機に投入し、２９０℃の温度、８００ｋｇ／ｃ
ｍ”の圧力で８０℃に加熱した金型内のキャビティ１０
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３５＋ｎｌ１１、外径４０ｍｍ、長さ９．６ｍｍであ
った。起磁力発生用の永久磁石はサマリウム・コバルト
磁石（日立金属株式会社製Ｉ（−３０）であり、Ｂ　ｒ
　　１０，８００、ＢＨｅ　８，００００　ｅ　、　ｘ
Ｈｃ　９，０００であった。磁化コイルはコイル素線を
円周方向に３００回巻回して形成し、各コイル素線に０
．５Ａの電流を通した。キャビティ１０の表面における
各磁極上の磁場強度は約３，００００ｅである。本実施
例ではともに５０個の凸部を有するヨークを使用したの
で、多極静磁場はキャビティ１０の表面に５０個のＮ極
と５０個のＳ極とを交互に有するものであった。

このようにして１００極の異方性円筒状複合磁石が得ら
れた。この複合磁石を３０極の磁極を有するコイル方式
の公知の構造の着磁装置に入れ、８，００００ｅの磁場
で着磁を行った。得られた磁石の表面磁束密度分布を測
定したところ、第５図に示す波形が得られた。平均表面
磁束密度は７６０Ｇであった。

これに対し特開昭５６−１１４３０９号に開示されてい
るように放射状異方化と着磁をすることにより得た複合
磁石の場合、平均表面磁束密度は僅か５００Ｇ程度であ
った。

本発明を実施例に基づき説明したが、本発明はそれに限
定されるものではなく、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１０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。そこで、本明細書において使用する用語「円筒状
」を、完全な円筒だけでなく、半円筒状のような不完全
な円筒状も含むものと定義する。また実施例においては
多極静磁場はキャビティの外径面」二に形成されている
が、磁石の用途に応じキャビティの内径面上に形成する
ことも可能である。従って、用語「キャビティの表面」
とはキャビティの外径面と内径面のいずれも含むものと
解すべきである。

［発明の効果コ 以上に述べた通り、本発明の装置は、成形キャビティの
周囲に特定形状のヨークと永久磁石と磁化コイルとを成
形キャビティの表面に交互にＮ極とＳ極が現出するよう
に隣接して設けているので、極めて強力な多極静磁場を
キャビティ表面に形成することができる。またかかる装
置を使用することにより、従来達成できなかったような
１００極又はそれ以上もの多極異方性円筒磁石を製造す
ることが可能となった。さらに永久磁石を主体とする磁
気回路を形成することにより、装置全体の構造を極めて
簡略なものにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による装置の縦断面図であり
、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図であり、第３図は第２
図のＢ部拡大図であり、第４図は環状体の部分斜視図で
あり、第５図は本発明の実施例により得られた多極異方
性円筒磁石の表面磁束密度分布を示すグラフである。 ２・・・固定型 ４・・・可動型 ６・・・環状体 ８・・・コア １０・・・キャビティ ４０．４３・・・ヨーク ４６・・・永久磁石 卒　ｌ　＠ 第２図 悴３　図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、強磁性粉末を主体とする混練物を磁場の存在下で成
   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に、凸部と凹部が交互
   に並ぶ一対のヨークを、一方のヨークの凹部に他方のヨ
   ークの凸部が空隙を介して噛み合うように設置し、前記
   ヨーク間に円筒状の永久磁石と円筒状の磁化コイルとを
   配設して前記円筒状キャビティの表面に交互に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
   ィ内に前記混練物を注入して所定時間異方化成形を行う
   ことを特徴とする方法。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前記
   永久磁石は８，５００Ｇ以上のＢｒを有する希土類磁石
   であることを特徴とする方法。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項のいずれかに記載
   の方法において、前記混練物は強磁性粉末と樹脂とを主
   体とすることを特徴とする方法。 ４、多極異方性円筒状磁石を製造する装置において、 （ａ）磁石成形用の円筒状キャビティと、 （ｂ）前記円筒状キャビティの周囲に配置された凸部と
   凹部が交互に並ぶ一対のヨークであって、一方のヨーク
   の凹部に他方のヨークの凸部が空隙を介して噛み合うヨ
   ークと、 （ｃ）前記ヨーク間に介在され、前記円筒状キャビティ
   の表面にＮ極とＳ極とを交互に有する多極静磁場を形成
   する円筒状の永久磁石と円筒状の磁化コイルと、 を有することを特徴とする装置。 ５、特許請求の範囲第４項に記載の装置において、前記
   永久磁石は８，５００Ｇ以上のＢｒを有する希土類磁石
   であることを特徴とする装置。