ボンド磁石およびその製造方法並びにボンド磁石の製造装置
【課題】ボンド磁石を押出成形する方法において、ボンド磁石の配向率を向上させる。
【解決手段】異方性の磁性材料と樹脂とから構成されたボンド磁石組成物を溶融させた後、前方に押出す可塑化部３と、その可塑化部にて溶融されたボンド樹脂組成物の流れを制御するゲート部２１と、上記磁性材料を配向させる磁場を印加する配向用磁石６が配置されるとともに、上記溶融されたボンド樹脂組成物を固化させるキャビティ１９を有する成形部１と、を備えたボンド磁石の製造装置において、上記ゲート部２１は、上記可塑化部３に接続された流路１１，１６が上記成形部１のほうに向かって分岐されてなる複数の流路と、それらの流路と上記キャビティ１９とを接続する複数のゲートとを有しており、上記可塑化部で溶融されたボンド樹脂組成物が、上記複数の流路により複数の流れに分割された状態で、上記複数のゲートから上記成形部のキャビティ内に充填される。
【解決手段】異方性の磁性材料と樹脂とから構成されたボンド磁石組成物を溶融させた後、前方に押出す可塑化部３と、その可塑化部にて溶融されたボンド樹脂組成物の流れを制御するゲート部２１と、上記磁性材料を配向させる磁場を印加する配向用磁石６が配置されるとともに、上記溶融されたボンド樹脂組成物を固化させるキャビティ１９を有する成形部１と、を備えたボンド磁石の製造装置において、上記ゲート部２１は、上記可塑化部３に接続された流路１１，１６が上記成形部１のほうに向かって分岐されてなる複数の流路と、それらの流路と上記キャビティ１９とを接続する複数のゲートとを有しており、上記可塑化部で溶融されたボンド樹脂組成物が、上記複数の流路により複数の流れに分割された状態で、上記複数のゲートから上記成形部のキャビティ内に充填される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配向率及び表面磁束密度に優れた異方性ボンド磁石を押出成形法によって製造する方法と、その製造装置に関し、その押出成形法により得られた異方性ボンド磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性材料と、その磁性材料のバインダーとしての樹脂とから構成されたボンド磁石は、焼結磁石と比較して複雑な形状が造形可能であり、機械的強度が優れている。そのため、ボンド磁石は、ＤＣモータやステッピングモータといった永久磁石型同期モータや、レーザープリンター用のマグネットロール等の電子部品として数多く採用されている。
【０００３】
ところで、このようなボンド磁石の製造方法は、大きく分けて、射出成形、圧縮成形および押出成形の３種類に分類される。
【０００４】
これらの製造方法のうち、射出成形法は、磁性材料と熱可塑性樹脂からなるボンド磁石組成物を射出成形機のシリンダー内で加熱することにより、溶融および流動状態とし、プランジャーを用いて金型内部に充填し、所望の形状に成形する方法である。
【０００５】
また、圧縮成形法は、磁性材料と熱硬化性樹脂とから構成されたボンド磁石組成物を、プレス金型内に充填して、圧縮しながら成形する方法である。
【０００６】
以上の圧縮成形法と射出成形法の工程は、ボンド磁石組成物の金型への充填、成形および成形品であるボンド磁石の取り出しという一定のサイクルがあり、その生産は所謂バッチ式生産であるため、その生産スピードには限界がある。
【０００７】
また、射出成形と圧縮成形は、細長い成形品、所謂長尺物の成形について限界がある。その一つの理由は、金型の加工上の問題である。金型に成形品の形状を彫り込むわけだが、金型の深さ方向への高精度の加工は非常に難しい。もう一つの理由は、成形上の問題である。圧縮成形の場合、長尺の細長い物をプレスしても、成形品の真ん中には圧力が伝わらない。また、射出成形で長尺物を成形した場合、ゲートから入ったボンド磁石組成物が冷えてしまうため、ショートショット（成形材料の未充填による成形不良）になる。
【０００８】
これらに対して、押出成形法は、磁性材料と、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂とから構成されたボンド磁石組成物を、シリンダー内で加熱することで溶融そして流動状態とし、この流動状態にあるボンド磁石組成物を、金型に連続的に供給しつつ、所望の形状に成形する方法である。このため、押出成形法は、射出成形や圧縮成形のバッチ式に対して連続式となるため、生産性が非常に優れる。さらに、連続して成形することができるため、射出成形や圧縮成形では困難であった長尺品の成形が容易となる。
【０００９】
次に、ボンド磁石を構成する磁性材料について述べる。まず、その磁性材料の原料組成の点から、フェライト系と希土類系の磁性材料に分類される。フェライト系は、歴史が古く安価であることから、最も普及している。しかし、希土類系よりも磁力が弱く、成形品が小さくなると磁力が不足する。そのため、小さい成形品では、希土類系の磁性材料を使用することが好ましい。
【００１０】
また、ボンド磁石を構成する磁性材料は、磁性の発現機構の点から、等方性と異方性にも分類される。等方性磁性材料は、どの方向にも同等の磁力を発現する。一方、異方性磁性材料は、一方向にのみ強い磁力を発現できる。そのため、異方性磁性材料は、ボンド磁石とする際に、磁性材料の粒子の磁化方向を一定の向きに揃えて異方化させなければならない。このような操作を配向と呼ぶ。この配向には、大きく分けて、機械配向と磁場配向の二種類がある。「機械配向」とは、磁性材料が板状粒子から構成される場合に、成形するとき、板状粒子に外部から圧力を加えると、板状粒子がその厚み方向に整列することを利用するものである。板状粒子が、その厚み方向に磁化容易軸を有する場合には、この操作により機械的に磁性材料の粒子を配向させることができる。一方、「磁場配向」とは、成形するときに、磁場を外部から印加することで粒子を配向させることを言う。粒子形状、磁化容易軸の方向との関係より、フェライト系の磁性材料では機械配向も可能だが、希土類系の磁性材料では磁場配向に限定される。異方性磁性材料を利用した場合には、等方性磁性材料を利用した場合に比べて配向の工程が増えるため、成形が難しくなる一方で、等方性磁性材料を利用した場合よりも磁力は強くなる。希土類系の磁性材料としては、使い勝手が良いため等方性磁性材料が広く普及しているが、モータの小型化、省エネ化のために異方性の研究は盛んに行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平３−２７９０６号公報
【特許文献２】特開平９−２７５０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、押出成形は、圧縮成形や射出成形に比べて、生産性、長尺品の成形において有利だが、異方化に関しては不利になる。磁場配向は、磁性材料と樹脂成分から成るボンド磁石組成物を加熱溶融させ、配向磁場下で自由に動けるようになった磁性材料の磁化容易軸を所望の方向に配列させ、その配列を保持したまま、熱可塑性樹脂の場合は冷却固化、熱硬化性樹脂の場合は加熱固化させることで行う。
【００１３】
射出成形は、磁性材料のバインダーとして、主に熱可塑性樹脂を使用しており、溶融して樹脂の粘度が十分に低下したボンド磁石組成物をキャビティ内に射出し、そのままキャビティ内で冷却固化させるため、高い配向率を有するボンド磁石の成形品が得られる。
【００１４】
また、圧縮成形は、磁性材料のバインダーとして、主に熱硬化性樹脂を使用しており、金型に充填したボンド磁石組成物に配向磁場を与えながら加熱および圧縮を行う。加熱初期は樹脂の粘度が下がり、磁性材料は配向磁場に沿って粒子が動く。そのまま加熱を持続すると樹脂は、硬化に転ずるので、磁性材料の粒子は配向を維持したまま固定される。
【００１５】
一方、連続式である押出成形の場合、磁性材料を十分に配向させるためには、磁性材料が配向用磁石の影響下に入ったところでは、樹脂の粘度をできるだけ下げる一方、磁性材料が配向用磁石の影響下から脱するところでは、配向された磁性材料を固定するために十分粘度を上げて固化させなければならない。
【００１６】
これらの問題を解決するため、特許文献１に開示される成形方法では、成形装置の構成において、熱伝導率の異なる部材を組み合わせることで、金型の配向用磁石の存在下での温度勾配をつけることにより磁気特性の向上を図っている。また、特許文献２に開示される成形方法では、溶融されたボンド磁石組成物が通過する流路の途中に、板状の障害物を配置することにより、ボンド磁石の配向率の向上を図っている。しかしながら、これらの成形方法によっても、十分な磁気特性を有するボンド磁石の成形品は得られていない。
【００１７】
本発明では、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の成形技術では困難であった、長尺かつ磁気特性に優れたボンド磁石を押出成形にて提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
以上の目的を達成するために本発明は、異方性の磁性材料と樹脂とからなるボンド磁石組成物を溶融させた後、上記磁性材料を配向させる磁場の下で固化させて押出成形するボンド磁石の製造方法において、溶融させたボンド磁石組成物の流れを複数に分割させた状態で、金型のキャビティ内に充填して、上記磁場を印加することを特徴とする。
【００１９】
上記磁性材料が、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系の磁性材料であることが好ましい。
【００２０】
上記ボンド磁石組成物を構成する樹脂が、熱可塑性樹脂であることが好ましい。
【００２１】
上記ボンド磁石が、円筒状に成形されることが好ましい。
【００２２】
本発明は、上記製造方法により製造されたボンド磁石であって、配向率が７０％以上であるボンド磁石である。
【００２３】
本発明は、表面磁束密度の平均値が１１００Ｇ以上であるボンド磁石である。
【００２４】
本発明にかかるボンド磁石の製造装置は、異方性の磁性材料と樹脂とから構成されたボンド磁石組成物を溶融させた後、前方に押出す可塑化部と、その可塑化部にて溶融されたボンド樹脂組成物の流れを制御するゲート部と、上記磁性材料を配向させる磁場を印加する配向用磁石が配置されるとともに、上記溶融されたボンド樹脂組成物を固化させるキャビティを有する成形部と、を備えたボンド磁石の製造装置において、上記ゲート部は、上記可塑化部に接続された流路が上記成形部のほうに向かって分岐されてなる複数の流路と、それらの流路と上記キャビティとを接続する複数のゲートとを有しており、上記可塑化部で溶融されたボンド樹脂組成物が、上記複数の流路により複数の流れに分割された状態で、上記複数のゲートから上記成形部のキャビティ内に充填されることを特徴とする。
【００２５】
上記キャビティは、断面が略同心円である円筒形状であり、上記ゲートは、上記同心円の径方向に２つ並んで配置された穴であることが好ましい。
【００２６】
溶融されたボンド樹脂組成物が上記ゲートを通過した直後に、上記磁性材料を配向させる磁場が印加されるように、上記ゲートと上記配向用磁石とが配置されていることが好ましい。
【００２７】
本発明は、上記製造装置により製造されたボンド磁石であって、上記磁性材料がＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系の磁性材料であり、配向率が７０％以上であることを特徴とするボンド磁石である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、押出成形法により、長尺かつ表面磁束密度および配向率に優れたボンド磁石を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、従来のボンド磁石の製造装置の模式的な断面図である。
【図２】図２は、図１におけるＡ−Ａ方向の断面図である。
【図３】図３は、図１におけるＢ−Ｂ方向の断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例にかかるボンド磁石の製造装置の模式的な断面図である。
【図５】図５は、図４におけるＤ−Ｄ方向の断面図である。
【図６】図６は、図４におけるＥ−Ｅ方向の断面図である。
【図７】図７は、図４におけるＦ−Ｆ方向の断面図である。
【図８】図８は、本発明にかかる別の実施例の成形部における、図４のＦ−Ｆ方向の断面図である。
【図９】図９は、本発明にかかる別の実施例の成形部における、図４のＦ−Ｆ方向の断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例におけるボンド磁石の表面磁束密度の測定結果である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施例におけるボンド磁石の表面磁束密度の測定結果である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施例におけるボンド磁石の表面磁束密度の測定結果である。
【図１３】図１３は、本発明の比較例にかかるボンド磁石の表面磁束密度の測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのボンド磁石およびその製造方法並びに製造装置を例示するものであって、本発明は、ボンド磁石およびその製造方法並びにボンド磁石の製造装置を以下に限定するものではない。
【００３１】
また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００３２】
異方性のボンド磁石を押出成形法によって形成する製造方法において、上記の問題を解決すべく、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、配向磁場が印加され最終製品形状を形作る成形部のキャビティに、複数のゲートから磁石組成物を充填することにより、課題を解決し、本発明を完成するに到った。
【００３３】
すなわち、本発明は、異方性の希土類磁性材料と熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂からなるボンド磁石組成物を、可塑化部で溶融させた後、配向磁場を印加した成形部で冷却固化または加熱固化して異方性ボンド磁石の押出成形を行う製造方法において、成形部のキャビティにボンド磁石組成物を充填するためのゲートを有し、可塑化部で溶融した磁石組成物がゲートの数に対応して分岐した後、配向磁場を印加した成形部にボンド磁石組成物をゲートから成形部のキャビティに充填することを特徴とするボンド磁石の製造方法である。
【００３４】
また、本発明は、上記に記載の製造方法であって、希土類磁性材料としてＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料を使用する異方性ボンド磁石の製造方法である。これにより、表面磁束密度および配向率が高いボンド磁石とすることができる。
【００３５】
また、本発明は、上記の製造方法であって、成形されたボンド磁石の形状が円筒形状である異方性ボンド磁石の製造方法である。これにより、表面磁束密度および配向率が高い円筒状のボンド磁石とすることができる。
【００３６】
また、本発明は、上記の方法により製造された異方性ボンド磁石であって、配向率が７０％以上である異方性ボンド磁石である。
【００３７】
本発明の構成によれば、押出成形により、配向率および表面磁束密度に優れた長尺のボンド磁石を提供することができる。
【００３８】
すなわち、本発明にかかるボンド磁石の製造方法は、溶融されたボンド樹脂組成物を、円滑に成形部に充填させることが好ましいとされてきた押出成形でありながら、樹脂の流れにとって障害となるようなゲート部を有するという特異な装置構成を特徴としている。
【００３９】
すなわち、本発明は、ゲート部に形成された複数のゲートから少しずつ、溶融した磁石組成物を成形部に充填することで、配向磁場の印加された成形部に入った瞬間のボンド磁石組成物は成形空間（キャビティ）に対して疎になるため、磁性材料の粒子が配向すべき方向に動きやすくなる。したがって、ボンド磁石の配向率を著しく高めることが可能となり、表面磁束密度の高いボンド磁石を得ることができる。
【００４０】
以下、本発明に斯かる実施の形態について、従来例と比較して詳述するが、本発明の技術思想を具体化するための一例であり、本発明は、この実施の形態および実施例に限定するものではない。
【００４１】
まず、図１から図３を用いて従来の押出成形方法を説明する。従来の押出成形方法として、磁性材料のバインダーとして熱可塑性樹脂を用いた円筒状のボンド磁石を押出成形で形成する方法を説明する。
【００４２】
従来の押出成形に使用される装置は、大別すると図１に示されるように、成形部１と、内ダイ固定部２と、可塑化部３とに分かれる。それぞれには、加熱装置（図示せず。）が付属している。成形部１は、外ダイ４と内ダイ５とから構成されている。また、内ダイ固定部２は、内ダイ固定ガイド（スパイダー）８とマンドレル９とバレル１０とから構成されている。また、可塑化部３は、溶融されたボンド磁石組成物を前方へ押出すためのスクリュー１２とバレル１３とから構成されている。また、外ダイ４には、配向用磁石６が内蔵されている。
【００４３】
まず、ボンド磁石組成物は、可塑化部３で溶融された後、スクリュー１２によって内ダイ固定部２のほうに押し出され、流路１１で円筒状になる。次に、溶融されたボンド磁石組成物は、内ダイ固定部２に入り、図２に示されるように、断面が円弧状の貫通孔により形成された流路１４により、溶融されたボンド磁石組成物の流動体は、３つの瓦状の流動体となり、さらにその先に形成された流路７により、上記３つの瓦状の流動体が再び一つの流動体となって、内ダイ固定部２の出口から成形部１にかけて円筒状に形成される。その後、溶融されたボンド磁石組成物の流動体は、成形部１に入り、図４に示されるように、成形部１の円筒状のキャビティを囲むように配置された配向用磁石６により形成された磁場によって、ボンド磁石組成物に含まれる磁性材料は、所望の配向パーターンに配向される。溶融されたボンド磁石組成物は、それを成形するための金型である成形部に入ってから成形部を出るまでに、冷却装置（図示せず。）よって、冷却固化されて円筒形状のボンド磁石を成形品として得ることができる。
【００４４】
次に、本発明の押出成形方法を使用した円筒状のボンド磁石を成形する方法について、図４から図７を用いて説明する。
【００４５】
図４に示されるように、本発明にかかる製造装置は、成形部１と可塑化部３を有する点は、従来の製造装置と同様である。本発明にかかる製造装置は、従来の内ダイ固定部２の代わりに、ゲート部１５を使用する点が異なる。ここで、可塑化部３およびゲート部１５それぞれには加熱装置（図示せず。）が付属している。また、ゲート部１５の内部には、その断面が図５および図６に示されるように、溶融されたボンド磁石組成物が通過するための流路１８及び流路１９が形成されている。
【００４６】
本発明のゲート部１５に形成させる流路１７、１８の形状および大きさは、特に限定されるものではないが、その一例として、図４から図７に示される流路について説明する。
【００４７】
まず、ボンド磁石組成物は、可塑化部３での加熱により溶融され、その流動体が、磁石組成物の流路１１で円筒状になったボンド磁石組成物は、ゲート部１５に入り、図５に示すような流路１７を通過し、まず、上下２方向（図４のＤ−Ｄ方向）に分割される。その後、それぞれの流路を流れるボンド磁石組成物は、先の上下２方向から水平方向に９０度方向を変えて、図６に示されるように、ゲート部１５内に貫通された穴により形成された流路１８を通過し、ゲート部１５の出口であるゲート２１を通過して、前方の成形部１に進む。次いで、ボンド磁石組成物の流動体は、図７に示されるように、成形部１に形成させた円筒状のキャビティ１９に充填される。それとともに、配向用磁石６により形成される磁場により、ボンド磁石組成物に含まれる磁性材料は、所望の配向パーターンに配向されながら円筒状に形成されていく。溶融状態のボンド磁石組成物は、成形部１から出るまでに、冷却装置（図示せず。）によって、冷却および固化されて円筒形状のボンド磁石として成形品を得る。
【００４８】
ここで、従来の製造方法と本発明との大きな違いは、磁性材料の配向前には、溶融されたボンド磁石組成物の流動体が、円筒状を形成していないことである。
【００４９】
従来の製造方法では、溶融されたボンド磁石組成物の流動体が、配向前から既に円筒状になっており、成形空間の中に磁石組成物が密に詰まっている。したがって、磁性材料の粒子が配向磁場に沿って動こうとしても、その動きは制限されてしまう。
【００５０】
一方、本発明は、複数のゲートから成形部１のキャビティ１９内に充填される。図４から図７は、ゲート部１５に２つのゲート２１を形成させた製造装置の一例である。図４に示されるように、２つのゲート２１から成形部１のキャビティ１９の内部に、溶融されたボンド磁石組成物が少しずつ徐々に充填される。そのため、溶融されたボンド磁石組成物が密集してキャビティに充填される従来の製造方法と比較して、本発明にかかる製造方法は、成形空間における溶融されたボンド磁石組成物の密度を疎にすることができる。つまり、本発明の製造方法によると、従来の製造方法と比較して、磁性材料は動きやすくなり、より配向した状態になる。この配向した磁性材料は、その配向状態を維持したまま、成形空間に徐々に密に詰まっていき、円筒状を形成しながら成形部の出口の方向に進行する。その結果として、配向率が高く表面磁束の高いボンド磁石の成形品が得られる。
【００５１】
本発明は、溶融されたボンド樹脂組成物がゲートを通過した直後に、磁性材料を配向させる磁場が印加されるように、ゲートと配向用磁石とが配置されていることが好ましい。これにより、磁性材料の配向率を向上させることができるからである。例えば、図４に示されるように、ゲート２１が開口されたゲート部１５の端面と、成形部１に配置された配向用磁石の一方の端面とが、略同一面となるように、ゲート部１５と成形部１を配置させることが好ましい。これにより、溶融されたボンド樹脂組成物が、ゲートを出た直後に配向用磁石からの磁場を受けることができるので、磁性材料の配向率を向上させることができる。
【００５２】
成形部には、キャビティを囲むように配向用磁石が配置される。配向用磁石として、通常、永久磁石が使用される。この配向用の永久磁石４に使用する磁石の材料は、Ｂｒが１Ｔ以上のものが好ましく、例えば、ＮｄＦｅＢ焼結磁石を用いることができる。磁力の大きい磁石を使うと、成形部のキャビティ内に発生する配向のための磁場が強くなり、ボンド磁石の表面磁束密度も高くすることができる。
【００５３】
また、上述のように押出成形で得られたボンド磁石は、必要であれば着磁工程を行ってもよい。着磁を行うことで、表面磁束密度はより高くなる。
【００５４】
本発明で利用できる磁性材料は、異方性の磁性材料が適用可能である。異方性の磁性材料としては、フェライト系、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系などが挙げられる。上記の磁性材料は、１種類単独でも、２種類以上を混合物としても使用できる。また、必要に応じて、耐酸化処理やカップリング処理を磁性材料に施しても良い。
【００５５】
本発明における磁性材料のバインダーとしての樹脂は、特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂も熱硬化性樹脂も利用することができる。これらのうち、成形性および磁気特性の点で、熱可塑性樹脂が好ましい。例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、アクリル樹脂などの熱可塑性樹脂や、エステル系、ポリアミド系、などの熱可塑性エラストマー、または、エポキシ系やフェノール系などの熱硬化性樹脂を使用することができる。
【００５６】
磁性材料と樹脂の配合比率は、樹脂の種類にもよるが、ボンド磁石組成物全体に対する磁性材料の割合が４０〜７５Ｖｏｌ％とすることが望ましい。また、酸化防止剤、滑剤等をさらに混合することもできる。
【００５７】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は、以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【実施例】
【００５８】
１．異方性ボンド磁石の作製
＜実施例１＞
（磁性材料の準備）
磁性材料には、異方性のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料（平均粒子径３μｍ）を用いる。
【００５９】
（磁石組成物の作製）
Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料をエチルシリケートおよびシランカップリング剤で表面処理する。表面処理を行ったＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料９１３７ｇと１２ナイロン８６３ｇをミキサーで混合する。得られた混合粉を、２軸混練機を用いて２２０℃で混練し、冷却後、適当な大きさに切断しボンド磁石組成物を得る。
【００６０】
（押出成形）
図４から図７は、本実施例にかかる製造装置の概略図である。これらの図面を参照しながら、本実施例についてより詳細に説明する。
【００６１】
本実施例にかかるボンド磁石の製造装置は、異方性の磁性材料と樹脂とから構成されたボンド磁石組成物を溶融させた後、スクリュー１２によって前方に押出す可塑化部３と、その可塑化部３にて溶融されたボンド樹脂組成物の流れを制御するゲート部１５と、磁性材料を配向させるための磁場を印加する配向用磁石６が配置されるとともに、溶融されたボンド樹脂組成物を固化させるキャビティ１９を有する成形部１と、を備えたボンド磁石の製造装置である。
【００６２】
ここで、ゲート部１５は、その内部に、可塑化部３に接続された１つの流路が成形部１のほうに向かって分岐されてなる２つの流路と、成形部１に形成させた成形空間であるキャビティ１９と上記２つの流路とを接続する２つのゲート２１とを有している。本実施例のゲート２１は、ゲート部１５の出口に２つ形成されている。すなわち、キャビティ１９は、断面が略同心円である円筒形状であり、ゲート２１は、キャビティ１９の出口方向から見ると、同心円の径方向に２つ並んで配置された穴である。
【００６３】
このような製造装置において、可塑化部３で溶融されたボンド樹脂組成物は、ゲート部１５に形成させた２つの流路により二手の流れに分割された状態で、そのままゲート部１５の出口に形成させた２つのゲートから成形部１のキャビティ１９の内部に充填される。
【００６４】
本実施例において、ボンド磁石組成物を最終製品形状に形作るのは、図４に示す外ダイ４の内周面と内ダイ５の外周面とからなる断面形状が環状のキャビティ１９であり、この断面環状の寸法は、外径２５ｍｍ、内径２３ｍｍである。上記で準備作製した、ボンド磁石組成物を押出成形機のホッパーから投入する。スクリュー部３によって、ボンド磁石組成物は、加熱され溶融状態となり、前方のゲート部１５に送られる。このゲート部１５で、ボンド磁石組成物は、図５と図６に示される流路１７及び流路１８により２本の流路に分割される。そして、ボンド磁石組成物は、２つのゲートから成形部１のキャビティ１９に充填され、図７に示すように配置された配向用磁石６の磁場により、磁性材料の粒子が配向しながら円筒形状に造形される。溶融されたボンド樹脂組成物は、冷却装置（図示せず。）によってキャビティの出口で冷却そして固化される。このようにして、円筒形状の異方性ボンド磁石の成形品を連続的に得ることができる。
【００６５】
得られた円筒状のボンド磁石の成形品は、外径２５ｍｍ、内径２３ｍｍ、肉厚１ｍｍで外周１２極の異方性の円筒状ボンド磁石である。
【００６６】
＜実施例２＞
（磁性材料の準備）
実施例１と同じ磁性材料を使用する。
（磁石組成物の作製）
実施例１と同じ磁性材料を用いて、実施例１と同じボンド磁石組成物を作製する。
（押出成形）
実施例１のゲート部の出口に４つのゲートを形成する以外は、実施例１と同様に押出成形を行った。本実施例のゲートを、成形部の出口の方から見た断面図を図８に示す。本実施例のゲートは、図８に示されるように、円筒形状のキャビティの底面に、その円周に沿って、等間隔に、４つの穴として形成されている。
【００６７】
＜実施例３＞
（磁性材料の準備）
実施例１と同じ磁性材料を使用する。
（磁石組成物の作製）
実施例１と同じ磁性材料を用いて、実施例１と同じボンド磁石組成物を作製する。
（押出成形）
実施例１のゲート部の出口に６つのゲートを形成する以外は、実施例１と同様に押出成形を行った。本実施例のゲートを、成形部の出口の方から見た断面図を図９に示す。本実施例のゲートは、図９に示されるように、円筒形状のキャビティの底面に、その円周に沿って、等間隔に、６つの穴として形成されている。
【００６８】
＜比較例１＞
（磁性材料の準備）
実施例１と同じ磁性材料を使用する。
（磁石組成物の作製）
実施例１と同じ磁性材料を用いて、実施例１と同じ磁石組成物を作製する。
（押出成形）
図１から図３は比較例１に使用された押出成形用の金型の概略図である。実施例１のゲート部１５が内ダイ固定部２に変更されている。実施例１と同様の操作で押出成形を行うが、内ダイ固定部を通過後に既に円筒形状に形成されており、ボンド磁石組成物が成形部に入る時点で円筒形状になっているところが実施例１との相違点である。
得られたボンド磁石の成形品の形状は、実施例１と同じであり、外径２５ｍｍ、内径２３ｍｍ、肉厚１ｍｍで外周１２極の異方性の円筒状ボンド磁石である。
【００６９】
２．異方性ボンド磁石の評価
（表面磁束密度の測定）
実施例１と比較例１で得られたボンド磁石を高さ２０ｍｍに切断し、マグネットアナライザーにより、円筒状ボンド磁石外周の表面磁束密度を測定した。測定は、マグネットアナライザーの３６０°回転ステージに成形品である円筒状ボンド磁石を固定し、プローブを円筒状ボンド磁石の側面中央に接触させ、ステージを３６０°回転させることで行った。
【００７０】
図１０は、実施例１のボンド磁石の表面磁束密度を示し、図１１は、実施例２のボンド磁石の表面磁束密度を示し、図１２は、実施例３のボンド磁石の表面磁束密度を示し、図１３は、比較例１のボンド磁石の表面磁束密度を示す。さらに、各実施例および比較例の表面磁束密度の平均値を以下の表１に示す。
【００７１】
これらの測定結果によると、ゲートの数が少ないほど表面磁束が向上していることがわかる。また、ゲートの数に関わらず、いずれの実施例の場合も、比較例より表面磁束密度が高くなっていることが分かる。
【００７２】
（配向率の測定）
各実施例および比較例の配向率を測定するため、ボンド磁石の極の部分を１ｍｍ角に切り出す。これを、空芯コイルにて着磁する。このとき、配向方向と着磁コイルの発生磁場方向を揃える。着磁磁場は、約３０ｋＯｅであった。ＶＳＭ（振動試料型磁力計）により、着磁したボンド磁石の残留磁化σｒを測定した。
【００７３】
実施例１の残留磁化は、σｒ１＝１００ｅｍｕ／ｇであった。この原料磁性材料が１００％配向した場合の残留磁化は、σｒ０＝１２８ｅｍｕ／ｇであるから、配向率はσｒ１／σｒ０＝７８％であった。実施例２、実施例３および比較例１の残留磁化は、それぞれ、σｒ２＝９５ｅｍｕ／ｇ、σｒ３＝９０ｅｍｕ／ｇおよびσｒ３＝８０ｅｍｕ／ｇであった。よって、実施例２、実施例３および比較例１の配向率は、それぞれ７４％、７０％および６３％であった。これらの結果を表１に纏めて示す。
【００７４】
【表１】
【００７５】
表面磁束密度と配向率の測定結果より、本発明の押出成形方法を使用することで、磁石組成物中の磁性材料の配向率を高め、その結果、ボンド磁石の表面磁束密度を高くできることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、長尺かつ表面磁束密度の高い異方性ボンド磁石を、連続的に高い生産性にて提供することが可能になる。円筒形状磁石の場合、ブラシレスモータ等のモータ部品、特に長尺のボンド磁石は、レーザープリンター用のマグネットロールとして使用でき、小型、軽量化、省エネルギー化に貢献できる。
【符号の説明】
【００７７】
１・・・成形部、２・・・内ダイ固定部、３・・・可塑化部、４・・・外ダイ、５・・・内ダイ、６・・・配向用磁石、７、１１、１４、１６、１８、２０・・・ボンド磁石組成物の流路、８・・・内ダイ固定ガイド、９・・・マンドレル、１０、１３、１７・・・バレル、１２・・・スクリュー、１５・・・ゲート部、１９・・・キャビティ、２１・・・ゲート。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配向率及び表面磁束密度に優れた異方性ボンド磁石を押出成形法によって製造する方法と、その製造装置に関し、その押出成形法により得られた異方性ボンド磁石に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性材料と、その磁性材料のバインダーとしての樹脂とから構成されたボンド磁石は、焼結磁石と比較して複雑な形状が造形可能であり、機械的強度が優れている。そのため、ボンド磁石は、ＤＣモータやステッピングモータといった永久磁石型同期モータや、レーザープリンター用のマグネットロール等の電子部品として数多く採用されている。
【０００３】
ところで、このようなボンド磁石の製造方法は、大きく分けて、射出成形、圧縮成形および押出成形の３種類に分類される。
【０００４】
これらの製造方法のうち、射出成形法は、磁性材料と熱可塑性樹脂からなるボンド磁石組成物を射出成形機のシリンダー内で加熱することにより、溶融および流動状態とし、プランジャーを用いて金型内部に充填し、所望の形状に成形する方法である。
【０００５】
また、圧縮成形法は、磁性材料と熱硬化性樹脂とから構成されたボンド磁石組成物を、プレス金型内に充填して、圧縮しながら成形する方法である。
【０００６】
以上の圧縮成形法と射出成形法の工程は、ボンド磁石組成物の金型への充填、成形および成形品であるボンド磁石の取り出しという一定のサイクルがあり、その生産は所謂バッチ式生産であるため、その生産スピードには限界がある。
【０００７】
また、射出成形と圧縮成形は、細長い成形品、所謂長尺物の成形について限界がある。その一つの理由は、金型の加工上の問題である。金型に成形品の形状を彫り込むわけだが、金型の深さ方向への高精度の加工は非常に難しい。もう一つの理由は、成形上の問題である。圧縮成形の場合、長尺の細長い物をプレスしても、成形品の真ん中には圧力が伝わらない。また、射出成形で長尺物を成形した場合、ゲートから入ったボンド磁石組成物が冷えてしまうため、ショートショット（成形材料の未充填による成形不良）になる。
【０００８】
これらに対して、押出成形法は、磁性材料と、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂とから構成されたボンド磁石組成物を、シリンダー内で加熱することで溶融そして流動状態とし、この流動状態にあるボンド磁石組成物を、金型に連続的に供給しつつ、所望の形状に成形する方法である。このため、押出成形法は、射出成形や圧縮成形のバッチ式に対して連続式となるため、生産性が非常に優れる。さらに、連続して成形することができるため、射出成形や圧縮成形では困難であった長尺品の成形が容易となる。
【０００９】
次に、ボンド磁石を構成する磁性材料について述べる。まず、その磁性材料の原料組成の点から、フェライト系と希土類系の磁性材料に分類される。フェライト系は、歴史が古く安価であることから、最も普及している。しかし、希土類系よりも磁力が弱く、成形品が小さくなると磁力が不足する。そのため、小さい成形品では、希土類系の磁性材料を使用することが好ましい。
【００１０】
また、ボンド磁石を構成する磁性材料は、磁性の発現機構の点から、等方性と異方性にも分類される。等方性磁性材料は、どの方向にも同等の磁力を発現する。一方、異方性磁性材料は、一方向にのみ強い磁力を発現できる。そのため、異方性磁性材料は、ボンド磁石とする際に、磁性材料の粒子の磁化方向を一定の向きに揃えて異方化させなければならない。このような操作を配向と呼ぶ。この配向には、大きく分けて、機械配向と磁場配向の二種類がある。「機械配向」とは、磁性材料が板状粒子から構成される場合に、成形するとき、板状粒子に外部から圧力を加えると、板状粒子がその厚み方向に整列することを利用するものである。板状粒子が、その厚み方向に磁化容易軸を有する場合には、この操作により機械的に磁性材料の粒子を配向させることができる。一方、「磁場配向」とは、成形するときに、磁場を外部から印加することで粒子を配向させることを言う。粒子形状、磁化容易軸の方向との関係より、フェライト系の磁性材料では機械配向も可能だが、希土類系の磁性材料では磁場配向に限定される。異方性磁性材料を利用した場合には、等方性磁性材料を利用した場合に比べて配向の工程が増えるため、成形が難しくなる一方で、等方性磁性材料を利用した場合よりも磁力は強くなる。希土類系の磁性材料としては、使い勝手が良いため等方性磁性材料が広く普及しているが、モータの小型化、省エネ化のために異方性の研究は盛んに行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平３−２７９０６号公報
【特許文献２】特開平９−２７５０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、押出成形は、圧縮成形や射出成形に比べて、生産性、長尺品の成形において有利だが、異方化に関しては不利になる。磁場配向は、磁性材料と樹脂成分から成るボンド磁石組成物を加熱溶融させ、配向磁場下で自由に動けるようになった磁性材料の磁化容易軸を所望の方向に配列させ、その配列を保持したまま、熱可塑性樹脂の場合は冷却固化、熱硬化性樹脂の場合は加熱固化させることで行う。
【００１３】
射出成形は、磁性材料のバインダーとして、主に熱可塑性樹脂を使用しており、溶融して樹脂の粘度が十分に低下したボンド磁石組成物をキャビティ内に射出し、そのままキャビティ内で冷却固化させるため、高い配向率を有するボンド磁石の成形品が得られる。
【００１４】
また、圧縮成形は、磁性材料のバインダーとして、主に熱硬化性樹脂を使用しており、金型に充填したボンド磁石組成物に配向磁場を与えながら加熱および圧縮を行う。加熱初期は樹脂の粘度が下がり、磁性材料は配向磁場に沿って粒子が動く。そのまま加熱を持続すると樹脂は、硬化に転ずるので、磁性材料の粒子は配向を維持したまま固定される。
【００１５】
一方、連続式である押出成形の場合、磁性材料を十分に配向させるためには、磁性材料が配向用磁石の影響下に入ったところでは、樹脂の粘度をできるだけ下げる一方、磁性材料が配向用磁石の影響下から脱するところでは、配向された磁性材料を固定するために十分粘度を上げて固化させなければならない。
【００１６】
これらの問題を解決するため、特許文献１に開示される成形方法では、成形装置の構成において、熱伝導率の異なる部材を組み合わせることで、金型の配向用磁石の存在下での温度勾配をつけることにより磁気特性の向上を図っている。また、特許文献２に開示される成形方法では、溶融されたボンド磁石組成物が通過する流路の途中に、板状の障害物を配置することにより、ボンド磁石の配向率の向上を図っている。しかしながら、これらの成形方法によっても、十分な磁気特性を有するボンド磁石の成形品は得られていない。
【００１７】
本発明では、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の成形技術では困難であった、長尺かつ磁気特性に優れたボンド磁石を押出成形にて提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
以上の目的を達成するために本発明は、異方性の磁性材料と樹脂とからなるボンド磁石組成物を溶融させた後、上記磁性材料を配向させる磁場の下で固化させて押出成形するボンド磁石の製造方法において、溶融させたボンド磁石組成物の流れを複数に分割させた状態で、金型のキャビティ内に充填して、上記磁場を印加することを特徴とする。
【００１９】
上記磁性材料が、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系の磁性材料であることが好ましい。
【００２０】
上記ボンド磁石組成物を構成する樹脂が、熱可塑性樹脂であることが好ましい。
【００２１】
上記ボンド磁石が、円筒状に成形されることが好ましい。
【００２２】
本発明は、上記製造方法により製造されたボンド磁石であって、配向率が７０％以上であるボンド磁石である。
【００２３】
本発明は、表面磁束密度の平均値が１１００Ｇ以上であるボンド磁石である。
【００２４】
本発明にかかるボンド磁石の製造装置は、異方性の磁性材料と樹脂とから構成されたボンド磁石組成物を溶融させた後、前方に押出す可塑化部と、その可塑化部にて溶融されたボンド樹脂組成物の流れを制御するゲート部と、上記磁性材料を配向させる磁場を印加する配向用磁石が配置されるとともに、上記溶融されたボンド樹脂組成物を固化させるキャビティを有する成形部と、を備えたボンド磁石の製造装置において、上記ゲート部は、上記可塑化部に接続された流路が上記成形部のほうに向かって分岐されてなる複数の流路と、それらの流路と上記キャビティとを接続する複数のゲートとを有しており、上記可塑化部で溶融されたボンド樹脂組成物が、上記複数の流路により複数の流れに分割された状態で、上記複数のゲートから上記成形部のキャビティ内に充填されることを特徴とする。
【００２５】
上記キャビティは、断面が略同心円である円筒形状であり、上記ゲートは、上記同心円の径方向に２つ並んで配置された穴であることが好ましい。
【００２６】
溶融されたボンド樹脂組成物が上記ゲートを通過した直後に、上記磁性材料を配向させる磁場が印加されるように、上記ゲートと上記配向用磁石とが配置されていることが好ましい。
【００２７】
本発明は、上記製造装置により製造されたボンド磁石であって、上記磁性材料がＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系の磁性材料であり、配向率が７０％以上であることを特徴とするボンド磁石である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、押出成形法により、長尺かつ表面磁束密度および配向率に優れたボンド磁石を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、従来のボンド磁石の製造装置の模式的な断面図である。
【図２】図２は、図１におけるＡ−Ａ方向の断面図である。
【図３】図３は、図１におけるＢ−Ｂ方向の断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例にかかるボンド磁石の製造装置の模式的な断面図である。
【図５】図５は、図４におけるＤ−Ｄ方向の断面図である。
【図６】図６は、図４におけるＥ−Ｅ方向の断面図である。
【図７】図７は、図４におけるＦ−Ｆ方向の断面図である。
【図８】図８は、本発明にかかる別の実施例の成形部における、図４のＦ−Ｆ方向の断面図である。
【図９】図９は、本発明にかかる別の実施例の成形部における、図４のＦ−Ｆ方向の断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例におけるボンド磁石の表面磁束密度の測定結果である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施例におけるボンド磁石の表面磁束密度の測定結果である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施例におけるボンド磁石の表面磁束密度の測定結果である。
【図１３】図１３は、本発明の比較例にかかるボンド磁石の表面磁束密度の測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのボンド磁石およびその製造方法並びに製造装置を例示するものであって、本発明は、ボンド磁石およびその製造方法並びにボンド磁石の製造装置を以下に限定するものではない。
【００３１】
また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００３２】
異方性のボンド磁石を押出成形法によって形成する製造方法において、上記の問題を解決すべく、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、配向磁場が印加され最終製品形状を形作る成形部のキャビティに、複数のゲートから磁石組成物を充填することにより、課題を解決し、本発明を完成するに到った。
【００３３】
すなわち、本発明は、異方性の希土類磁性材料と熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂からなるボンド磁石組成物を、可塑化部で溶融させた後、配向磁場を印加した成形部で冷却固化または加熱固化して異方性ボンド磁石の押出成形を行う製造方法において、成形部のキャビティにボンド磁石組成物を充填するためのゲートを有し、可塑化部で溶融した磁石組成物がゲートの数に対応して分岐した後、配向磁場を印加した成形部にボンド磁石組成物をゲートから成形部のキャビティに充填することを特徴とするボンド磁石の製造方法である。
【００３４】
また、本発明は、上記に記載の製造方法であって、希土類磁性材料としてＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料を使用する異方性ボンド磁石の製造方法である。これにより、表面磁束密度および配向率が高いボンド磁石とすることができる。
【００３５】
また、本発明は、上記の製造方法であって、成形されたボンド磁石の形状が円筒形状である異方性ボンド磁石の製造方法である。これにより、表面磁束密度および配向率が高い円筒状のボンド磁石とすることができる。
【００３６】
また、本発明は、上記の方法により製造された異方性ボンド磁石であって、配向率が７０％以上である異方性ボンド磁石である。
【００３７】
本発明の構成によれば、押出成形により、配向率および表面磁束密度に優れた長尺のボンド磁石を提供することができる。
【００３８】
すなわち、本発明にかかるボンド磁石の製造方法は、溶融されたボンド樹脂組成物を、円滑に成形部に充填させることが好ましいとされてきた押出成形でありながら、樹脂の流れにとって障害となるようなゲート部を有するという特異な装置構成を特徴としている。
【００３９】
すなわち、本発明は、ゲート部に形成された複数のゲートから少しずつ、溶融した磁石組成物を成形部に充填することで、配向磁場の印加された成形部に入った瞬間のボンド磁石組成物は成形空間（キャビティ）に対して疎になるため、磁性材料の粒子が配向すべき方向に動きやすくなる。したがって、ボンド磁石の配向率を著しく高めることが可能となり、表面磁束密度の高いボンド磁石を得ることができる。
【００４０】
以下、本発明に斯かる実施の形態について、従来例と比較して詳述するが、本発明の技術思想を具体化するための一例であり、本発明は、この実施の形態および実施例に限定するものではない。
【００４１】
まず、図１から図３を用いて従来の押出成形方法を説明する。従来の押出成形方法として、磁性材料のバインダーとして熱可塑性樹脂を用いた円筒状のボンド磁石を押出成形で形成する方法を説明する。
【００４２】
従来の押出成形に使用される装置は、大別すると図１に示されるように、成形部１と、内ダイ固定部２と、可塑化部３とに分かれる。それぞれには、加熱装置（図示せず。）が付属している。成形部１は、外ダイ４と内ダイ５とから構成されている。また、内ダイ固定部２は、内ダイ固定ガイド（スパイダー）８とマンドレル９とバレル１０とから構成されている。また、可塑化部３は、溶融されたボンド磁石組成物を前方へ押出すためのスクリュー１２とバレル１３とから構成されている。また、外ダイ４には、配向用磁石６が内蔵されている。
【００４３】
まず、ボンド磁石組成物は、可塑化部３で溶融された後、スクリュー１２によって内ダイ固定部２のほうに押し出され、流路１１で円筒状になる。次に、溶融されたボンド磁石組成物は、内ダイ固定部２に入り、図２に示されるように、断面が円弧状の貫通孔により形成された流路１４により、溶融されたボンド磁石組成物の流動体は、３つの瓦状の流動体となり、さらにその先に形成された流路７により、上記３つの瓦状の流動体が再び一つの流動体となって、内ダイ固定部２の出口から成形部１にかけて円筒状に形成される。その後、溶融されたボンド磁石組成物の流動体は、成形部１に入り、図４に示されるように、成形部１の円筒状のキャビティを囲むように配置された配向用磁石６により形成された磁場によって、ボンド磁石組成物に含まれる磁性材料は、所望の配向パーターンに配向される。溶融されたボンド磁石組成物は、それを成形するための金型である成形部に入ってから成形部を出るまでに、冷却装置（図示せず。）よって、冷却固化されて円筒形状のボンド磁石を成形品として得ることができる。
【００４４】
次に、本発明の押出成形方法を使用した円筒状のボンド磁石を成形する方法について、図４から図７を用いて説明する。
【００４５】
図４に示されるように、本発明にかかる製造装置は、成形部１と可塑化部３を有する点は、従来の製造装置と同様である。本発明にかかる製造装置は、従来の内ダイ固定部２の代わりに、ゲート部１５を使用する点が異なる。ここで、可塑化部３およびゲート部１５それぞれには加熱装置（図示せず。）が付属している。また、ゲート部１５の内部には、その断面が図５および図６に示されるように、溶融されたボンド磁石組成物が通過するための流路１８及び流路１９が形成されている。
【００４６】
本発明のゲート部１５に形成させる流路１７、１８の形状および大きさは、特に限定されるものではないが、その一例として、図４から図７に示される流路について説明する。
【００４７】
まず、ボンド磁石組成物は、可塑化部３での加熱により溶融され、その流動体が、磁石組成物の流路１１で円筒状になったボンド磁石組成物は、ゲート部１５に入り、図５に示すような流路１７を通過し、まず、上下２方向（図４のＤ−Ｄ方向）に分割される。その後、それぞれの流路を流れるボンド磁石組成物は、先の上下２方向から水平方向に９０度方向を変えて、図６に示されるように、ゲート部１５内に貫通された穴により形成された流路１８を通過し、ゲート部１５の出口であるゲート２１を通過して、前方の成形部１に進む。次いで、ボンド磁石組成物の流動体は、図７に示されるように、成形部１に形成させた円筒状のキャビティ１９に充填される。それとともに、配向用磁石６により形成される磁場により、ボンド磁石組成物に含まれる磁性材料は、所望の配向パーターンに配向されながら円筒状に形成されていく。溶融状態のボンド磁石組成物は、成形部１から出るまでに、冷却装置（図示せず。）によって、冷却および固化されて円筒形状のボンド磁石として成形品を得る。
【００４８】
ここで、従来の製造方法と本発明との大きな違いは、磁性材料の配向前には、溶融されたボンド磁石組成物の流動体が、円筒状を形成していないことである。
【００４９】
従来の製造方法では、溶融されたボンド磁石組成物の流動体が、配向前から既に円筒状になっており、成形空間の中に磁石組成物が密に詰まっている。したがって、磁性材料の粒子が配向磁場に沿って動こうとしても、その動きは制限されてしまう。
【００５０】
一方、本発明は、複数のゲートから成形部１のキャビティ１９内に充填される。図４から図７は、ゲート部１５に２つのゲート２１を形成させた製造装置の一例である。図４に示されるように、２つのゲート２１から成形部１のキャビティ１９の内部に、溶融されたボンド磁石組成物が少しずつ徐々に充填される。そのため、溶融されたボンド磁石組成物が密集してキャビティに充填される従来の製造方法と比較して、本発明にかかる製造方法は、成形空間における溶融されたボンド磁石組成物の密度を疎にすることができる。つまり、本発明の製造方法によると、従来の製造方法と比較して、磁性材料は動きやすくなり、より配向した状態になる。この配向した磁性材料は、その配向状態を維持したまま、成形空間に徐々に密に詰まっていき、円筒状を形成しながら成形部の出口の方向に進行する。その結果として、配向率が高く表面磁束の高いボンド磁石の成形品が得られる。
【００５１】
本発明は、溶融されたボンド樹脂組成物がゲートを通過した直後に、磁性材料を配向させる磁場が印加されるように、ゲートと配向用磁石とが配置されていることが好ましい。これにより、磁性材料の配向率を向上させることができるからである。例えば、図４に示されるように、ゲート２１が開口されたゲート部１５の端面と、成形部１に配置された配向用磁石の一方の端面とが、略同一面となるように、ゲート部１５と成形部１を配置させることが好ましい。これにより、溶融されたボンド樹脂組成物が、ゲートを出た直後に配向用磁石からの磁場を受けることができるので、磁性材料の配向率を向上させることができる。
【００５２】
成形部には、キャビティを囲むように配向用磁石が配置される。配向用磁石として、通常、永久磁石が使用される。この配向用の永久磁石４に使用する磁石の材料は、Ｂｒが１Ｔ以上のものが好ましく、例えば、ＮｄＦｅＢ焼結磁石を用いることができる。磁力の大きい磁石を使うと、成形部のキャビティ内に発生する配向のための磁場が強くなり、ボンド磁石の表面磁束密度も高くすることができる。
【００５３】
また、上述のように押出成形で得られたボンド磁石は、必要であれば着磁工程を行ってもよい。着磁を行うことで、表面磁束密度はより高くなる。
【００５４】
本発明で利用できる磁性材料は、異方性の磁性材料が適用可能である。異方性の磁性材料としては、フェライト系、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系などが挙げられる。上記の磁性材料は、１種類単独でも、２種類以上を混合物としても使用できる。また、必要に応じて、耐酸化処理やカップリング処理を磁性材料に施しても良い。
【００５５】
本発明における磁性材料のバインダーとしての樹脂は、特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂も熱硬化性樹脂も利用することができる。これらのうち、成形性および磁気特性の点で、熱可塑性樹脂が好ましい。例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、アクリル樹脂などの熱可塑性樹脂や、エステル系、ポリアミド系、などの熱可塑性エラストマー、または、エポキシ系やフェノール系などの熱硬化性樹脂を使用することができる。
【００５６】
磁性材料と樹脂の配合比率は、樹脂の種類にもよるが、ボンド磁石組成物全体に対する磁性材料の割合が４０〜７５Ｖｏｌ％とすることが望ましい。また、酸化防止剤、滑剤等をさらに混合することもできる。
【００５７】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は、以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【実施例】
【００５８】
１．異方性ボンド磁石の作製
＜実施例１＞
（磁性材料の準備）
磁性材料には、異方性のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料（平均粒子径３μｍ）を用いる。
【００５９】
（磁石組成物の作製）
Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料をエチルシリケートおよびシランカップリング剤で表面処理する。表面処理を行ったＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性材料９１３７ｇと１２ナイロン８６３ｇをミキサーで混合する。得られた混合粉を、２軸混練機を用いて２２０℃で混練し、冷却後、適当な大きさに切断しボンド磁石組成物を得る。
【００６０】
（押出成形）
図４から図７は、本実施例にかかる製造装置の概略図である。これらの図面を参照しながら、本実施例についてより詳細に説明する。
【００６１】
本実施例にかかるボンド磁石の製造装置は、異方性の磁性材料と樹脂とから構成されたボンド磁石組成物を溶融させた後、スクリュー１２によって前方に押出す可塑化部３と、その可塑化部３にて溶融されたボンド樹脂組成物の流れを制御するゲート部１５と、磁性材料を配向させるための磁場を印加する配向用磁石６が配置されるとともに、溶融されたボンド樹脂組成物を固化させるキャビティ１９を有する成形部１と、を備えたボンド磁石の製造装置である。
【００６２】
ここで、ゲート部１５は、その内部に、可塑化部３に接続された１つの流路が成形部１のほうに向かって分岐されてなる２つの流路と、成形部１に形成させた成形空間であるキャビティ１９と上記２つの流路とを接続する２つのゲート２１とを有している。本実施例のゲート２１は、ゲート部１５の出口に２つ形成されている。すなわち、キャビティ１９は、断面が略同心円である円筒形状であり、ゲート２１は、キャビティ１９の出口方向から見ると、同心円の径方向に２つ並んで配置された穴である。
【００６３】
このような製造装置において、可塑化部３で溶融されたボンド樹脂組成物は、ゲート部１５に形成させた２つの流路により二手の流れに分割された状態で、そのままゲート部１５の出口に形成させた２つのゲートから成形部１のキャビティ１９の内部に充填される。
【００６４】
本実施例において、ボンド磁石組成物を最終製品形状に形作るのは、図４に示す外ダイ４の内周面と内ダイ５の外周面とからなる断面形状が環状のキャビティ１９であり、この断面環状の寸法は、外径２５ｍｍ、内径２３ｍｍである。上記で準備作製した、ボンド磁石組成物を押出成形機のホッパーから投入する。スクリュー部３によって、ボンド磁石組成物は、加熱され溶融状態となり、前方のゲート部１５に送られる。このゲート部１５で、ボンド磁石組成物は、図５と図６に示される流路１７及び流路１８により２本の流路に分割される。そして、ボンド磁石組成物は、２つのゲートから成形部１のキャビティ１９に充填され、図７に示すように配置された配向用磁石６の磁場により、磁性材料の粒子が配向しながら円筒形状に造形される。溶融されたボンド樹脂組成物は、冷却装置（図示せず。）によってキャビティの出口で冷却そして固化される。このようにして、円筒形状の異方性ボンド磁石の成形品を連続的に得ることができる。
【００６５】
得られた円筒状のボンド磁石の成形品は、外径２５ｍｍ、内径２３ｍｍ、肉厚１ｍｍで外周１２極の異方性の円筒状ボンド磁石である。
【００６６】
＜実施例２＞
（磁性材料の準備）
実施例１と同じ磁性材料を使用する。
（磁石組成物の作製）
実施例１と同じ磁性材料を用いて、実施例１と同じボンド磁石組成物を作製する。
（押出成形）
実施例１のゲート部の出口に４つのゲートを形成する以外は、実施例１と同様に押出成形を行った。本実施例のゲートを、成形部の出口の方から見た断面図を図８に示す。本実施例のゲートは、図８に示されるように、円筒形状のキャビティの底面に、その円周に沿って、等間隔に、４つの穴として形成されている。
【００６７】
＜実施例３＞
（磁性材料の準備）
実施例１と同じ磁性材料を使用する。
（磁石組成物の作製）
実施例１と同じ磁性材料を用いて、実施例１と同じボンド磁石組成物を作製する。
（押出成形）
実施例１のゲート部の出口に６つのゲートを形成する以外は、実施例１と同様に押出成形を行った。本実施例のゲートを、成形部の出口の方から見た断面図を図９に示す。本実施例のゲートは、図９に示されるように、円筒形状のキャビティの底面に、その円周に沿って、等間隔に、６つの穴として形成されている。
【００６８】
＜比較例１＞
（磁性材料の準備）
実施例１と同じ磁性材料を使用する。
（磁石組成物の作製）
実施例１と同じ磁性材料を用いて、実施例１と同じ磁石組成物を作製する。
（押出成形）
図１から図３は比較例１に使用された押出成形用の金型の概略図である。実施例１のゲート部１５が内ダイ固定部２に変更されている。実施例１と同様の操作で押出成形を行うが、内ダイ固定部を通過後に既に円筒形状に形成されており、ボンド磁石組成物が成形部に入る時点で円筒形状になっているところが実施例１との相違点である。
得られたボンド磁石の成形品の形状は、実施例１と同じであり、外径２５ｍｍ、内径２３ｍｍ、肉厚１ｍｍで外周１２極の異方性の円筒状ボンド磁石である。
【００６９】
２．異方性ボンド磁石の評価
（表面磁束密度の測定）
実施例１と比較例１で得られたボンド磁石を高さ２０ｍｍに切断し、マグネットアナライザーにより、円筒状ボンド磁石外周の表面磁束密度を測定した。測定は、マグネットアナライザーの３６０°回転ステージに成形品である円筒状ボンド磁石を固定し、プローブを円筒状ボンド磁石の側面中央に接触させ、ステージを３６０°回転させることで行った。
【００７０】
図１０は、実施例１のボンド磁石の表面磁束密度を示し、図１１は、実施例２のボンド磁石の表面磁束密度を示し、図１２は、実施例３のボンド磁石の表面磁束密度を示し、図１３は、比較例１のボンド磁石の表面磁束密度を示す。さらに、各実施例および比較例の表面磁束密度の平均値を以下の表１に示す。
【００７１】
これらの測定結果によると、ゲートの数が少ないほど表面磁束が向上していることがわかる。また、ゲートの数に関わらず、いずれの実施例の場合も、比較例より表面磁束密度が高くなっていることが分かる。
【００７２】
（配向率の測定）
各実施例および比較例の配向率を測定するため、ボンド磁石の極の部分を１ｍｍ角に切り出す。これを、空芯コイルにて着磁する。このとき、配向方向と着磁コイルの発生磁場方向を揃える。着磁磁場は、約３０ｋＯｅであった。ＶＳＭ（振動試料型磁力計）により、着磁したボンド磁石の残留磁化σｒを測定した。
【００７３】
実施例１の残留磁化は、σｒ１＝１００ｅｍｕ／ｇであった。この原料磁性材料が１００％配向した場合の残留磁化は、σｒ０＝１２８ｅｍｕ／ｇであるから、配向率はσｒ１／σｒ０＝７８％であった。実施例２、実施例３および比較例１の残留磁化は、それぞれ、σｒ２＝９５ｅｍｕ／ｇ、σｒ３＝９０ｅｍｕ／ｇおよびσｒ３＝８０ｅｍｕ／ｇであった。よって、実施例２、実施例３および比較例１の配向率は、それぞれ７４％、７０％および６３％であった。これらの結果を表１に纏めて示す。
【００７４】
【表１】
【００７５】
表面磁束密度と配向率の測定結果より、本発明の押出成形方法を使用することで、磁石組成物中の磁性材料の配向率を高め、その結果、ボンド磁石の表面磁束密度を高くできることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、長尺かつ表面磁束密度の高い異方性ボンド磁石を、連続的に高い生産性にて提供することが可能になる。円筒形状磁石の場合、ブラシレスモータ等のモータ部品、特に長尺のボンド磁石は、レーザープリンター用のマグネットロールとして使用でき、小型、軽量化、省エネルギー化に貢献できる。
【符号の説明】
【００７７】
１・・・成形部、２・・・内ダイ固定部、３・・・可塑化部、４・・・外ダイ、５・・・内ダイ、６・・・配向用磁石、７、１１、１４、１６、１８、２０・・・ボンド磁石組成物の流路、８・・・内ダイ固定ガイド、９・・・マンドレル、１０、１３、１７・・・バレル、１２・・・スクリュー、１５・・・ゲート部、１９・・・キャビティ、２１・・・ゲート。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異方性の磁性材料と樹脂とからなるボンド磁石組成物を溶融させた後、前記磁性材料を配向させる磁場の下で固化させて押出成形を行うボンド磁石の製造方法において、
溶融させたボンド磁石組成物の流れを複数に分割させた状態で、金型のキャビティ内に充填して、前記磁場を印加することを特徴とするボンド磁石の製造方法。
【請求項２】
前記磁性材料が、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系の磁性材料である請求項１に記載のボンド磁石の製造方法。
【請求項３】
前記ボンド磁石組成物を構成する樹脂が、熱可塑性樹脂である請求項１または２に記載のボンド磁石の製造方法。
【請求項４】
前記ボンド磁石が、円筒状に成形される請求項１から３のいずれか一項に記載のボンド磁石の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたボンド磁石であって、配向率が７０％以上であることを特徴とするボンド磁石。
【請求項６】
表面磁束密度の平均値が、１１００Ｇ以上である請求項５に記載のボンド磁石。
【請求項７】
異方性の磁性材料と樹脂とから構成されたボンド磁石組成物を溶融させた後、前方に押出す可塑化部と、その可塑化部にて溶融されたボンド樹脂組成物の流れを制御するゲート部と、前記磁性材料を配向させる磁場を印加する配向用磁石が配置されるとともに、前記溶融されたボンド樹脂組成物を固化させるキャビティを有する成形部と、を備えた押出成形を行うボンド磁石の製造装置において、
前記ゲート部は、前記可塑化部に接続された流路が前記成形部のほうに向かって分岐されてなる複数の流路と、それらの流路と前記キャビティとを接続する複数のゲートとを有しており、
前記可塑化部で溶融されたボンド樹脂組成物が、前記複数の流路により複数の流れに分割された状態で、前記複数のゲートから前記成形部のキャビティ内に充填されることを特徴とするボンド磁石の製造装置。
【請求項８】
前記キャビティは、断面が略同心円である円筒形状であり、前記ゲートは、前記同心円の径方向に２つ並んで配置された穴である請求項７に記載のボンド磁石の製造装置。
【請求項９】
溶融されたボンド樹脂組成物が前記ゲートを通過した直後に、前記磁性材料を配向させる磁場が印加されるように、前記ゲートと前記配向用磁石とが配置されている請求項７または８に記載のボンド磁石の製造装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか一項に記載のボンド磁石の製造装置により製造されたボンド磁石であって、前記磁性材料がＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系の磁性材料であり、配向率が７０％以上であることを特徴とするボンド磁石。
【請求項１】
異方性の磁性材料と樹脂とからなるボンド磁石組成物を溶融させた後、前記磁性材料を配向させる磁場の下で固化させて押出成形を行うボンド磁石の製造方法において、
溶融させたボンド磁石組成物の流れを複数に分割させた状態で、金型のキャビティ内に充填して、前記磁場を印加することを特徴とするボンド磁石の製造方法。
【請求項２】
前記磁性材料が、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系の磁性材料である請求項１に記載のボンド磁石の製造方法。
【請求項３】
前記ボンド磁石組成物を構成する樹脂が、熱可塑性樹脂である請求項１または２に記載のボンド磁石の製造方法。
【請求項４】
前記ボンド磁石が、円筒状に成形される請求項１から３のいずれか一項に記載のボンド磁石の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたボンド磁石であって、配向率が７０％以上であることを特徴とするボンド磁石。
【請求項６】
表面磁束密度の平均値が、１１００Ｇ以上である請求項５に記載のボンド磁石。
【請求項７】
異方性の磁性材料と樹脂とから構成されたボンド磁石組成物を溶融させた後、前方に押出す可塑化部と、その可塑化部にて溶融されたボンド樹脂組成物の流れを制御するゲート部と、前記磁性材料を配向させる磁場を印加する配向用磁石が配置されるとともに、前記溶融されたボンド樹脂組成物を固化させるキャビティを有する成形部と、を備えた押出成形を行うボンド磁石の製造装置において、
前記ゲート部は、前記可塑化部に接続された流路が前記成形部のほうに向かって分岐されてなる複数の流路と、それらの流路と前記キャビティとを接続する複数のゲートとを有しており、
前記可塑化部で溶融されたボンド樹脂組成物が、前記複数の流路により複数の流れに分割された状態で、前記複数のゲートから前記成形部のキャビティ内に充填されることを特徴とするボンド磁石の製造装置。
【請求項８】
前記キャビティは、断面が略同心円である円筒形状であり、前記ゲートは、前記同心円の径方向に２つ並んで配置された穴である請求項７に記載のボンド磁石の製造装置。
【請求項９】
溶融されたボンド樹脂組成物が前記ゲートを通過した直後に、前記磁性材料を配向させる磁場が印加されるように、前記ゲートと前記配向用磁石とが配置されている請求項７または８に記載のボンド磁石の製造装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか一項に記載のボンド磁石の製造装置により製造されたボンド磁石であって、前記磁性材料がＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系の磁性材料であり、配向率が７０％以上であることを特徴とするボンド磁石。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−２１１９１（Ｐ２０１３−２１１９１Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５４１６７（Ｐ２０１１−１５４１６７）
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]