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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-21
(45)【発行日】2024-10-29
(54)【発明の名称】磁石製造装置
(51)【国際特許分類】
H01F 13/00 20060101AFI20241022BHJP
H01F 7/02 20060101ALI20241022BHJP
H01F 41/02 20060101ALI20241022BHJP
【ＦＩ】
H01F13/00 300
H01F7/02 E
H01F41/02 G
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021170159
(22)【出願日】2021-10-18
(65)【公開番号】P2023060516
(43)【公開日】2023-04-28
【審査請求日】2023-12-11
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】110001128
【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】藤中 智徳
(72)【発明者】
【氏名】原田 拓二
【審査官】古河 雅輝
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１８９４６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２３６７２４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０７－１４２２７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－２０５９５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１５００２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１０１４３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０２２－５２２８７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２２－１５０６８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１５／１２１９１７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００１－２８３１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１０５９６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１８３７２６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２２Ｆ １／００－ ８／００
Ｂ２２Ｆ １０／００－１２／９０
Ｃ２２Ｃ １／０４－ １／０５
Ｃ２２Ｃ ３３／０２
Ｈ０１Ｆ １／００－ １／１１７
Ｈ０１Ｆ １／４０－ １／４２
Ｈ０１Ｆ ７／００－ ７／０２
Ｈ０１Ｆ １３／００
Ｈ０１Ｆ ４１／００－４１／０４
Ｈ０１Ｆ ４１／０８
Ｈ０１Ｆ ４１／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁石製造装置であって、磁粉（２２）と樹脂材料（２１）の混合物（２３）を加熱して前記樹脂材料を融解させるヒータ（１２）と、
一方向を軸線方向とする筒形状であり、内部に前記樹脂材料が融解した状態の前記混合物が流れる内部流路（１３１）を有するとともに、前記内部流路を流れる前記混合物を吐出して糸形状のフィラメント（２４）を形成する吐出口（１３２）を有するノズル（１３）と、
前記磁粉を磁化容易軸方向に配向させ、かつ、前記磁粉を着磁させることができる大きさであるともに、前記軸線方向に沿う向きである磁場を、前記内部流路に対して印加する磁場印加部（１５、４１、５１）と、
前記吐出口から吐出された前記フィラメントが配置されるステージ面（１４１）を有するステージ（１４）と、を備え、
前記ノズルおよび前記ステージは、前記吐出口が前記ステージ面に対して三次元の任意方向に相対的に移動可能に構成されており、
前記ステージ面の上に配置される複数の前記フィラメントが積み重なって任意の形状をなすとともに、前記ステージ面の上に配置される複数の前記フィラメントのそれぞれの向きが目標の磁化方向に対応する向きになるように、前記吐出口が前記ステージ面に対して三次元の任意方向に相対的に移動するように構成されており、
前記磁場印加部（４１）は、第１磁極である平坦な第１磁極面（４２１）を有する第１永久磁石（４２）と、前記第１磁極である平坦な第２磁極面を有する（４３１）第２永久磁石（４３）とを含み、
前記第１磁極面と前記第２磁極面とは、前記ノズルを挟んで対向している、磁石製造装置。
【請求項2】
磁石製造装置であって、
磁粉（２２）と樹脂材料（２１）の混合物（２３）を加熱して前記樹脂材料を融解させるヒータ（１２）と、
一方向を軸線方向とする筒形状であり、内部に前記樹脂材料が融解した状態の前記混合物が流れる内部流路（１３１）を有するとともに、前記内部流路を流れる前記混合物を吐出して糸形状のフィラメント（２４）を形成する吐出口（１３２）を有するノズル（１３）と、
前記磁粉を磁化容易軸方向に配向させ、かつ、前記磁粉を着磁させることができる大きさであるともに、前記軸線方向に沿う向きである磁場を、前記内部流路に対して印加する磁場印加部（１５、４１、５１）と、
前記吐出口から吐出された前記フィラメントが配置されるステージ面（１４１）を有するステージ（１４）と、を備え、
前記ノズルおよび前記ステージは、前記吐出口が前記ステージ面に対して三次元の任意方向に相対的に移動可能に構成されており、
前記ステージ面の上に配置される複数の前記フィラメントが積み重なって任意の形状をなすとともに、前記ステージ面の上に配置される複数の前記フィラメントのそれぞれの向きが目標の磁化方向に対応する向きになるように、前記吐出口が前記ステージ面に対して三次元の任意方向に相対的に移動するように構成されており、
前記磁場印加部（１５）は、前記ノズルの外周面の周方向全域を囲むとともに、同一の磁極である内周面（１５１、１５１Ａ、１５１Ｂ）を有する永久磁石である、磁石製造装置。
【請求項3】
磁石製造装置であって、
磁粉（２２）と樹脂材料（２１）の混合物（２３）を加熱して前記樹脂材料を融解させるヒータ（１２）と、
一方向を軸線方向とする筒形状であり、内部に前記樹脂材料が融解した状態の前記混合物が流れる内部流路（１３１）を有するとともに、前記内部流路を流れる前記混合物を吐出して糸形状のフィラメント（２４）を形成する吐出口（１３２）を有するノズル（１３）と、
前記磁粉を磁化容易軸方向に配向させ、かつ、前記磁粉を着磁させることができる大きさであるともに、前記軸線方向に沿う向きである磁場を、前記内部流路に対して印加する磁場印加部（１５、４１、５１）と、
前記吐出口から吐出された前記フィラメントが配置されるステージ面（１４１）を有するステージ（１４）と、を備え、
前記ノズルおよび前記ステージは、前記吐出口が前記ステージ面に対して三次元の任意方向に相対的に移動可能に構成されており、
前記ステージ面の上に配置される複数の前記フィラメントが積み重なって任意の形状をなすとともに、前記ステージ面の上に配置される複数の前記フィラメントのそれぞれの向きが目標の磁化方向に対応する向きになるように、前記吐出口が前記ステージ面に対して三次元の任意方向に相対的に移動するように構成されており、
前記磁場印加部（５１）は、ハルバッハ配列された複数の磁石部（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）を有する第１永久磁石（５２）と、ハルバッハ配列された複数の磁石部（５３ａ、５３ｂ、５３ｃ）を有する第２永久磁石（５３）とを含み、
前記第１永久磁石と前記第２永久磁石とは、前記ノズルを挟んだ両側に配置されており、
前記第１永久磁石の１つの磁石部（５２ｂ）の第１磁極である第１磁極面（５２１）と、前記第２永久磁石の１つの磁石部（５３ｂ）の前記第１磁極である第２磁極面（５３１）とが、前記ノズルを挟んで対向している、磁石製造装置。
【請求項4】
磁石製造装置であって、
磁粉（２２）と樹脂材料（２１）の混合物（２３）を加熱して前記樹脂材料を融解させるヒータ（１２）と、
一方向を軸線方向とする筒形状であり、内部に前記樹脂材料が融解した状態の前記混合物が流れる内部流路（１３１）を有するとともに、前記内部流路を流れる前記混合物を吐出して糸形状のフィラメント（２４）を形成する吐出口（１３２）を有するノズル（１３）と、
前記磁粉を磁化容易軸方向に配向させ、かつ、前記磁粉を着磁させることができる大きさであるともに、前記軸線方向に沿う向きである磁場を、前記内部流路に対して印加する磁場印加部（１５、４１、５１）と、
前記吐出口から吐出された前記フィラメントが配置されるステージ面（１４１）を有するステージ（１４）と、
前記ステージ面の上に設置されたステージ用磁石（６１、６２）と、を備え、
前記ノズルおよび前記ステージは、前記吐出口が前記ステージ面に対して三次元の任意方向に相対的に移動可能に構成されており、
前記ステージ面の上に配置される複数の前記フィラメントが積み重なって任意の形状をなすとともに、前記ステージ面の上に配置される複数の前記フィラメントのそれぞれの向きが目標の磁化方向に対応する向きになるように、前記吐出口が前記ステージ面に対して三次元の任意方向に相対的に移動するように構成されており、
前記吐出口が前記ステージ面に対して相対的に移動することで、前記フィラメントとしての第１フィラメント（２４１）と第２フィラメント（２４２）とが、互いに平行に隣り合って描画され、描画される前記第１フィラメントの始点と前記第２フィラメントの始点とが隣り合うとともに、描画される前記第１フィラメントの終点と前記第２フィラメントの終点とが隣り合うようになっており、
前記ステージ面において、描画予定である前記第１フィラメントと前記第２フィラメントのそれぞれの前記始点と、前記第１フィラメントと前記第２フィラメントのそれぞれの前記終点との少なくとも一方における前記第１フィラメントと前記第２フィラメントのそれぞれの端面（２４ａ、２４ｂ）に対して、前記ステージ用磁石のうち前記端面の磁極とは異なる磁極の面（６１１、６２１）が対向するように、前記ステージ用磁石が予め配置される、磁石製造装置。
【請求項5】
磁石製造装置であって、
磁粉（２２）と樹脂材料（２１）の混合物（２３）を加熱して前記樹脂材料を融解させるヒータ（１２）と、
一方向を軸線方向とする筒形状であり、内部に前記樹脂材料が融解した状態の前記混合物が流れる内部流路（１３１）を有するとともに、前記内部流路を流れる前記混合物を吐出して糸形状のフィラメント（２４）を形成する吐出口（１３２）を有するノズル（１３）と、
前記磁粉を磁化容易軸方向に配向させ、かつ、前記磁粉を着磁させることができる大きさであるともに、前記軸線方向に沿う向きである磁場を、前記内部流路に対して印加する磁場印加部（１５、４１、５１）と、
前記吐出口から吐出された前記フィラメントが配置されるステージ面（１４１）を有するステージ（１４）と、
前記ステージ面の上に設置された軟磁性材料（７１、７２）と、を備え、
前記ノズルおよび前記ステージは、前記吐出口が前記ステージ面に対して三次元の任意方向に相対的に移動可能に構成されており、
前記ステージ面の上に配置される複数の前記フィラメントが積み重なって任意の形状をなすとともに、前記ステージ面の上に配置される複数の前記フィラメントのそれぞれの向きが目標の磁化方向に対応する向きになるように、前記吐出口が前記ステージ面に対して三次元の任意方向に相対的に移動するように構成されており、
前記吐出口が前記ステージ面に対して相対的に移動することで、前記フィラメントとしての第１フィラメント（２４１）と第２フィラメント（２４２）とが、互いに平行に隣り合って描画され、描画される前記第１フィラメントの始点と前記第２フィラメントの始点とが隣り合うとともに、描画される前記第１フィラメントの終点と前記第２フィラメントの終点とが隣り合うようになっており、
前記ステージ面において、描画予定である前記第１フィラメントと前記第２フィラメントのそれぞれの前記始点と、前記第１フィラメントと前記第２フィラメントのそれぞれの前記終点との少なくとも一方における前記第１フィラメントと前記第２フィラメントのそれぞれの端面（２４ａ、２４ｂ）に対して対向する位置に、前記軟磁性材料が予め配置される、磁石製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁石製造装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１に磁石製造装置が開示されている。この磁石製造装置は、シート状の成形体の押出成形時に、配向用磁石で磁性材料を配向させる。その後、押出成形された成形体に対して、着磁器で着磁を行う。配向用磁石が形成する配向磁場の大きさは３．５ｋＯｅである。着磁器が形成する着磁磁場の大きさは、４０ｋＯｅ以上である。さらに、この磁石製造装置は、着磁された成形体を着磁方向が交互になるように積層した後、積層された成形体を積層方向と垂直方向に切断する。これにより、端面にＮ極とＳ極とが交互に配置された多極ボンド磁石が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１６－２０７７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ＣＡＥ技術の進展等により、電動機などに用いられる最適な磁気回路を実現するため、磁石の形状と磁化方向とが任意に設計された磁石を製造することが求められている。しかしながら、上記した従来の磁石製造装置では、製造される磁石の形状および磁化方向の自由度が低い。
【0005】
本発明は上記点に鑑みて、磁石の形状と磁化方向とが任意に設計された磁石を製造することができる磁石製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、請求項１ないし５に記載の発明によれば、
磁石製造装置は、
磁粉（２２）と樹脂材料（２１）の混合物（２３）を加熱して樹脂材料を融解させるヒータ（１２）と、
一方向を軸線方向とする筒形状であり、内部に樹脂材料が融解した状態の混合物が流れる内部流路（１３１）を有するとともに、内部流路を流れる混合物を吐出して糸形状のフィラメント（２４）を形成する吐出口（１３２）を有するノズル（１３）と、
磁粉を磁化容易軸方向に配向させ、かつ、磁粉を着磁させることができる大きさであるともに、軸線方向に沿う向きである磁場を、内部流路に対して印加する磁場印加部（１５、４１、５１）と、
吐出口から吐出されたフィラメントが配置されるステージ面（１４１）を有するステージ（１４）と、を備え、
ノズルおよびステージは、吐出口がステージ面に対して三次元の任意方向に相対的に移動可能に構成されており、
ステージ面の上に配置される複数のフィラメントが積み重なって任意の形状をなすとともに、ステージ面の上に配置される複数のフィラメントのそれぞれの向きが目標の磁化方向に対応する向きになるように、吐出口がステージ面に対して三次元の任意方向に相対的に移動する。
更に、請求項１に記載の発明によれば、磁場印加部（４１）は、第１磁極である平坦な第１磁極面（４２１）を有する第１永久磁石（４２）と、前記第１磁極である平坦な第２磁極面を有する（４３１）第２永久磁石（４３）とを含み、第１磁極面と第２磁極面とは、前記ノズルを挟んで対向している。
更に、請求項２に記載の発明によれば、磁場印加部（１５）は、ノズルの外周面の周方向全域を囲むとともに、同一の磁極である内周面（１５１、１５１Ａ、１５１Ｂ）を有する永久磁石である。
更に、請求項３に記載の発明によれば、磁場印加部（５１）は、ハルバッハ配列された複数の磁石部（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）を有する第１永久磁石（５２）と、ハルバッハ配列された複数の磁石部（５３ａ、５３ｂ、５３ｃ）を有する第２永久磁石（５３）とを含み、
第１永久磁石と第２永久磁石とは、ノズルを挟んだ両側に配置されており、
第１永久磁石の１つの磁石部（５２ｂ）の第１磁極である第１磁極面（５２１）と、第２永久磁石の１つの磁石部（５３ｂ）の第１磁極である第２磁極面（５３１）とが、ノズルを挟んで対向している。
更に、請求項４に記載の発明によれば、磁石製造装置は、ステージ面の上に設置されたステージ用磁石（６１、６２）を備え、
吐出口がステージ面に対して相対的に移動することで、フィラメントとしての第１フィラメント（２４１）と第２フィラメント（２４２）とが、互いに平行に隣り合って描画され、描画される第１フィラメントの始点と第２フィラメントの始点とが隣り合うとともに、描画される第１フィラメントの終点と第２フィラメントの終点とが隣り合うようになっており、
ステージ面において、描画予定である第１フィラメントと第２フィラメントのそれぞれの始点と、第１フィラメントと第２フィラメントのそれぞれの終点との少なくとも一方における第１フィラメントと第２フィラメントのそれぞれの端面（２４ａ、２４ｂ）に対して、ステージ用磁石のうち端面の磁極とは異なる磁極の面（６１１、６２１）が対向するように、ステージ用磁石が予め配置される。
更に、請求項５に記載の発明によれば、磁石製造装置は、ステージ面の上に設置された軟磁性材料（７１、７２）を備え、
吐出口がステージ面に対して相対的に移動することで、フィラメントとしての第１フィラメント（２４１）と第２フィラメント（２４２）とが、互いに平行に隣り合って描画され、描画される第１フィラメントの始点と第２フィラメントの始点とが隣り合うとともに、描画される第１フィラメントの終点と第２フィラメントの終点とが隣り合うようになっており、
ステージ面において、描画予定である第１フィラメントと第２フィラメントのそれぞれの始点と、第１フィラメントと第２フィラメントのそれぞれの終点との少なくとも一方における第１フィラメントと第２フィラメントのそれぞれの端面（２４ａ、２４ｂ）に対して対向する位置に、軟磁性材料が予め配置される。
磁石製造装置は、
磁粉（２２）と樹脂材料（２１）の混合物（２３）を加熱して樹脂材料を融解させるヒータ（１２）と、
一方向を軸線方向とする筒形状であり、内部に樹脂材料が融解した状態の混合物が流れる内部流路（１３１）を有するとともに、内部流路を流れる混合物を吐出して糸形状のフィラメント（２４）を形成する吐出口（１３２）を有するノズル（１３）と、
磁粉を磁化容易軸方向に配向させ、かつ、磁粉を着磁させることができる大きさであるともに、軸線方向に沿う向きである磁場を、内部流路に対して印加する磁場印加部（１５、４１、５１）と、
吐出口から吐出されたフィラメントが配置されるステージ面（１４１）を有するステージ（１４）と、を備え、
ノズルおよびステージは、吐出口がステージ面に対して三次元の任意方向に相対的に移動可能に構成されており、
ステージ面の上に配置される複数のフィラメントが積み重なって任意の形状をなすとともに、ステージ面の上に配置される複数のフィラメントのそれぞれの向きが目標の磁化方向に対応する向きになるように、吐出口がステージ面に対して三次元の任意方向に相対的に移動する。
更に、請求項１に記載の発明によれば、磁場印加部（４１）は、第１磁極である平坦な第１磁極面（４２１）を有する第１永久磁石（４２）と、前記第１磁極である平坦な第２磁極面を有する（４３１）第２永久磁石（４３）とを含み、第１磁極面と第２磁極面とは、前記ノズルを挟んで対向している。
更に、請求項２に記載の発明によれば、磁場印加部（１５）は、ノズルの外周面の周方向全域を囲むとともに、同一の磁極である内周面（１５１、１５１Ａ、１５１Ｂ）を有する永久磁石である。
更に、請求項３に記載の発明によれば、磁場印加部（５１）は、ハルバッハ配列された複数の磁石部（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）を有する第１永久磁石（５２）と、ハルバッハ配列された複数の磁石部（５３ａ、５３ｂ、５３ｃ）を有する第２永久磁石（５３）とを含み、
第１永久磁石と第２永久磁石とは、ノズルを挟んだ両側に配置されており、
第１永久磁石の１つの磁石部（５２ｂ）の第１磁極である第１磁極面（５２１）と、第２永久磁石の１つの磁石部（５３ｂ）の第１磁極である第２磁極面（５３１）とが、ノズルを挟んで対向している。
更に、請求項４に記載の発明によれば、磁石製造装置は、ステージ面の上に設置されたステージ用磁石（６１、６２）を備え、
吐出口がステージ面に対して相対的に移動することで、フィラメントとしての第１フィラメント（２４１）と第２フィラメント（２４２）とが、互いに平行に隣り合って描画され、描画される第１フィラメントの始点と第２フィラメントの始点とが隣り合うとともに、描画される第１フィラメントの終点と第２フィラメントの終点とが隣り合うようになっており、
ステージ面において、描画予定である第１フィラメントと第２フィラメントのそれぞれの始点と、第１フィラメントと第２フィラメントのそれぞれの終点との少なくとも一方における第１フィラメントと第２フィラメントのそれぞれの端面（２４ａ、２４ｂ）に対して、ステージ用磁石のうち端面の磁極とは異なる磁極の面（６１１、６２１）が対向するように、ステージ用磁石が予め配置される。
更に、請求項５に記載の発明によれば、磁石製造装置は、ステージ面の上に設置された軟磁性材料（７１、７２）を備え、
吐出口がステージ面に対して相対的に移動することで、フィラメントとしての第１フィラメント（２４１）と第２フィラメント（２４２）とが、互いに平行に隣り合って描画され、描画される第１フィラメントの始点と第２フィラメントの始点とが隣り合うとともに、描画される第１フィラメントの終点と第２フィラメントの終点とが隣り合うようになっており、
ステージ面において、描画予定である第１フィラメントと第２フィラメントのそれぞれの始点と、第１フィラメントと第２フィラメントのそれぞれの終点との少なくとも一方における第１フィラメントと第２フィラメントのそれぞれの端面（２４ａ、２４ｂ）に対して対向する位置に、軟磁性材料が予め配置される。
【0007】
これによれば、吐出口がステージ面に対して三次元の任意方向に相対的に移動して、ステージ面の上に複数のフィラメントが任意の形状をなすように配置されることで、任意の形状の磁石を製造することができる。また、フィラメントの内部の磁化方向は特定の方向に定まっている。このため、ステージ面の上に配置されるフィラメントの向きを、狙いの磁化方向に対応する向きにすることで、磁石の内部の磁化方向を狙いの方向にすることができる。よって、これによれば、磁石の形状と磁化方向とが任意に設計された磁石を製造することができる。
【0008】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態における磁石製造装置の斜視図である。
【図6】磁場印加磁石が内部流路に印加する磁場の大きさと磁粉の着磁率との関係を示す図である。
【図7】第１実施形態における磁石製造装置によって製造されるボンド磁石の平面図である。
【図11】第２実施形態における磁場印加磁石の斜視図である。
【図12】第２実施形態における磁場印加磁石の断面図であって、磁場解析結果を説明するための図である。
【図13】第１実施形態における磁場印加磁石の断面図であって、磁場解析結果を説明するための図である。
【図14】第３実施形態におけるノズルおよび磁場印加磁石の斜視図である。
【図16】第４実施形態におけるノズルおよび磁場印加磁石の斜視図である。
【図18】第５実施形態におけるノズルおよび磁場印加磁石の斜視図である。
【図20】第１実施形態の磁場印加磁石と第５実施形態の磁場印加磁石とのそれぞれが印加する磁場の磁束密度計算値を示す図である。
【図21】第６実施形態におけるノズルおよび磁場印加磁石の斜視図である。
【図23】第７実施形態における磁石製造装置の斜視図である。
【図25】ステージ用第１磁石とステージ用第２磁石とが設置されない状態で、複数のフィラメントが配置されたときのステージ面の平面図である。
【図28】第８実施形態における磁石製造装置の斜視図である。
【図31】第９実施形態における複数のフィラメントが配置されたステージ面の平面図である。
【図32】第１、第７、第９実施形態の磁石製造装置を用いて磁石を製造したときにおいて、ステージ面に配置された複数のフィラメントの始点の位置で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】
【0010】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【0011】
（第１実施形態）
図１、２に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０は、材料タンク１１と、ヒータ１２と、ノズル１３と、ステージ１４と、磁場印加磁石１５とを備える。
図１、２に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０は、材料タンク１１と、ヒータ１２と、ノズル１３と、ステージ１４と、磁場印加磁石１５とを備える。
【0012】
材料タンク１１は、樹脂材料２１と磁粉２２とを含む混合物２３を内部に収容する。樹脂材料２１と磁粉２２とは、所定の比率で混合されている。樹脂材料２１としては、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー等が用いられる。熱可塑性樹脂としては、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、ポリカプロラクトンなどが挙げられる。磁粉２２としては、フェライト系、Ｓｍ－Ｃｏ系、Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系等の磁性材料の粉末が用いられる。磁粉２２としては、磁気等方性の磁粉よりも磁気異方性の磁粉を用いることが好ましい。
【0013】
ヒータ１２は、材料タンク１１の外側に配置される。ヒータ１２は、材料タンク１１の内部に収容された混合物２３を加熱し、混合物２３中の樹脂材料２１を溶融させる。ヒータの加熱方式としては、抵抗加熱方式、高周波加熱方式等を採用することができる。
【0014】
ノズル１３は、一方向を軸線方向として直線状に延び広がる筒形状である。一方向は、上下方向である。ノズル１３は、内周面および外周面を有する。ノズル１３の横断面の形状は円形状である。すなわち、ノズル１３の内周面および外周面のそれぞれの横断面の形状は、円形状である。横断面は、ノズル１３の軸線方向に垂直な切断面である。ノズル１３は、その内部に樹脂材料２１が融解した状態の混合物２３が流れる内部流路１３１を有する。ノズル１３は、その先端に内部流路１３１を流れる混合物２３を吐出して、糸形状のフィラメント２４を形成する吐出口１３２を有する。
【0015】
ステージ１４は、ノズル１３の吐出口１３２から吐出されたフィラメント２４が配置されるステージ面１４１を有する。ステージ面１４１は、ステージ１４の平坦な主表面である。
【0016】
磁場印加磁石１５は、ノズル１３の周囲に配置される。磁場印加磁石１５は、磁粉２２を磁化容易軸方向に配向させ、かつ、磁粉２２を着磁させることができる大きさの磁場を、ノズル１３の内部流路１３１に印加する磁場印加部である。配向させるとは、同じ向きに揃えることである。磁場の具体的な大きさについては、後述する。
【0017】
図３に示すように、磁場印加磁石１５は、外形が円柱形状の永久磁石である。磁場印加磁石１５は、中心側に形成された空間部を囲む内周面１５１と、外周面１５２とを有する。内周面１５１は、円筒の内周面と同じ形状である。すなわち、磁場印加磁石１５の横断面において、内周面１５１がなす形状は円形状である。磁場印加磁石１５の横断面は、磁場印加磁石１５のノズル１３の軸線方向に垂直な切断面である。内周面１５１は、周方向全域で同じ磁極である。内周面１５１の磁極は、Ｎ極である。外周面１５２は、円筒の外周面と同じ形状である。外周面１５２は、周方向全域で同じ磁極である。外周面１５２の磁極は、Ｓ極である。
【0018】
外形が円柱形状の磁場印加磁石１５において、円柱の半径ｒ１と円柱の高さＨ１との関係は、Ｈ１＞ｒ１である。磁場印加磁石１５は、円柱形状の磁場印加磁石１５が周方向に複数に分割された形状の複数の分割部によって構成される。
【0019】
図４、５に示すように、内周面１５１がノズル１３の外周面の周方向全域を囲むように、ノズル１３に対して磁場印加磁石１５が配置される。内周面１５１は、ノズル１３の外周面に接している。これにより、ノズル１３を挟んで、同一の磁極が対向して配置されている。
【0020】
このため、図２、５に示すように、磁場印加磁石１５の内周面１５１から出て外周面１５２に向かう磁気回路Ｍ１、Ｍ２が形成される。磁気回路Ｍ１、Ｍ２には、磁束が内周面１５１から出て上に向かった後、外周面１５２に向かう上側磁気回路Ｍ１と、磁束が内周面１５１から出て下に向かった後、外周面１５２に向かう下側磁気回路Ｍ２とが、含まれる。
【0021】
これにより、図５に示すように、ノズル１３の内部流路１３１には、ノズル１３の軸線方向に沿う向きの磁場Ｍ３、Ｍ４が形成される。より具体的には、内部流路１３１の上流側には、流れ方向Ｄ１の前方側がＳ極であり、流れ方向Ｄ１の後方側がＮ極である磁場Ｍ３が形成される。流れ方向Ｄ１は、内部流路１３１を流れる混合物２３の流れ方向である。内部流路１３１の上流側は、内部流路１３１のうち吐出口１３２から離れた側である。内部流路１３１の下流側には、流れ方向Ｄ１の前方側がＮ極であり、流れ方向Ｄ１の後方側がＳ極である磁場Ｍ４が形成される。内部流路１３１の下流側は、内部流路１３１のうち吐出口１３２側である。
【0022】
図１に示すように、材料タンク１１、ヒータ１２、ノズル１３および磁場印加磁石１５は、一体化されたノズルユニットを構成する。ノズルユニットは、図示しない移動機構によって、三次元の任意方向に移動可能に構成されている。これにより、吐出口１３２は、ステージ面１４１に対して三次元の任意方向に相対的に移動可能に構成されている。すなわち、吐出口１３２は、ステージ面１４１にある基準位置に対して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三次元直交座標の任意方向に移動可能である。ステージ面１４１に平行な一方向がＸ軸方向である。ステージ面１４１に平行であって、Ｘ軸方向に直交する方向がＹ軸方向である。ステージ面１４１に直行する方向、すなわち、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方に直交する方向がＺ軸方向である。
【0023】
また、磁石製造装置１０は、図示しないスクリュー等の混合物２３を送る機構を備える。この機構によって、樹脂材料２１が溶融した状態の混合物２３がノズル１３の内部流路１３１を吐出口１３２に向かって流れる。
【0024】
磁石製造装置１０は、ノズル１３の吐出口１３２から混合物２３を、ステージ面１４１に対して吐出し、フィラメント２４をステージ面１４１の上に配置する。磁石製造装置１０は、吐出口１３２を、ステージ面１４１に対して三次元の任意方向に移動させることで、任意形状の磁石を描画するとともに、任意方向に磁化された磁石を製造することができる。
【0025】
次に、上記した磁石製造装置１０を用いた磁石製造方法について説明する。この磁石製造方法は、熱溶解積層法によって磁石を製造する方法である。熱溶解積層法は、溶融物堆積法とも呼ばれる。熱溶解積層法の「溶解」は、溶融、融解と同義である。磁石製造方法は、樹脂材料２１の溶融工程と、磁粉２２の配向着磁工程と、フィラメント２４の配置工程とを含む。
【0026】
樹脂材料２１の溶融工程では、図２に示すように、材料タンク１１の内部で、ヒータ１２によって、混合物２３が加熱される。例えば、樹脂材料２１として、ポリカプロラクトンが用いられる場合、混合物２３の加熱温度は、１５０℃である。これにより、混合物２３中の樹脂材料２１が溶融する。樹脂材料２１が溶融した状態の混合物２３は、ノズル１３に送られる。図２では、磁粉２２が一粒ずつ拡大して示されている。図２の磁粉２２の内部に示される矢印は、磁気モーメントを示している。矢印の先がＮ極である。図２に示す磁粉２２は、磁気異方性である。このため、磁粉２２のそれぞれの磁気モーメントは、一方向を向いている。材料タンク１１の内部では、磁粉２２のそれぞれの磁気モーメントの向きは、異なっている。
【0027】
磁粉２２の配向着磁工程では、図２に示すように、ノズル１３の内部流路１３１で、磁粉２２の配向と着磁とが行われる。ノズル１３の内部流路１３１には、磁粉２２を磁化容易軸方向に配向させ、かつ、磁粉２２を着磁させることができる大きさであるとともに、ノズル１３の軸線方向に沿う向きである磁場が、磁場印加磁石１５によって形成されている。このため、樹脂材料２１が溶融した状態の混合物２３が、ノズル１３の内部流路１３１を通過することで、磁粉２２の配向と着磁とが同時に行われる。
【0028】
このとき、内部流路１３１には、図５に示す磁場Ｍ３、Ｍ４が形成されている。このため、図２に示すように、内部流路１３１の上流側では、磁粉２２の磁気モーメントの向きは、流れ方向Ｄ１の後方側をＮ極とする向きとなる。内部流路１３１の下流側では、磁粉２２の向きが変わる、または、磁気モーメントの向きが反転する。これにより、磁粉２２の磁気モーメントの向きは、流れ方向Ｄ１の前方側をＮ極とする向きとなる。
【0029】
このように、ノズル１３の内部流路１３１を吐出口１３２に向かって混合物２３が流れるときに、磁気モーメントの向きが同じ向きの磁粉２２と反対の向きの磁粉２２とが存在する。すなわち、磁粉２２の磁気モーメントの向きが、ノズル１３の軸線方向に沿う向きに揃う。これが配向であり、主に磁場Ｍ３が配向に寄与している。内部流路１３１のうち吐出口１３２側の領域では、磁場がＭ４の向きであり、配向された状態で磁粉が通過するため、磁粉２２の磁気モーメントのみが反転することで着磁され易くなる。
【0030】
本発明者は、磁場印加磁石１５が内部流路１３１に印加する磁場の大きさと、磁粉２２の着磁率との関係を調べた。その結果を図６に示す。用いた磁粉２２は、Ｓｍ－Ｆｅ－Ｎ系の磁粉である。用いた樹脂材料２１は、ポリカプロラクトンである。磁粉２２と樹脂材料２１との比率は、磁粉：樹脂材料＝６０vol％：４０vol％である。磁場の大きさが３．５ｋＯｅのとき、フィラメント２４の内部の磁粉２２は、約６０％しか着磁されなかった。これに対して、磁場の大きさが１０ｋＯｅ以上のとき、フィラメント２４の内部の磁粉２２は、約９０％以上着磁されていた。この結果より、磁場の大きさは、１０ｋＯｅ以上であることが好ましい。なお、３．５ｋＯｅは、特許文献１の磁石製造装置において、磁粉を配向させるための配向用磁石が形成する配向磁場の大きさである。
【0031】
フィラメント２４の配置工程では、図２に示すように、吐出口１３２から混合物２３が吐出されることで、フィラメント２４が形成される。フィラメント２４中の樹脂材料２１が冷却されることで、磁粉２２の磁気モーメントの向きが揃った状態で、樹脂材料２１が固化する。フィラメント２４が長く延びる方向が磁化方向となる。すなわち、フィラメント２４の中心線に沿う方向が磁化方向となる。
【0032】
このとき、図１に示すように、フィラメント２４は、目標とする形状の磁石が形成されるように、ステージ面１４１に配置される。すなわち、ステージ面１４１の上にフィラメント２４が描画される。樹脂材料２１が完全に固化する前に、フィラメント２４がステージ面１４１の上に配置される。樹脂材料２１が固化することで、隣り合うフィラメント２４同士が結合する。
【0033】
また、図１中のフィラメント２４の隣りに示す矢印は、ステージ面１４１に対する吐出口１３２の移動方向を示す。ステージ面１４１の上に配置されるフィラメント２４の向きが目標の磁化方向に対応する向きになるとともに、ステージ面１４１の上に配置されるフィラメント２４が積み重なって目標の形状をなすように、吐出口１３２がステージ面１４１の基準位置に対して三次元の任意方向に移動する。
【0034】
このように、フィラメント２４の配置工程では、磁粉２２が配向した状態の混合物２３を吐出口１３２から吹き出して複数本のフィラメント２４を形成するとともに、複数本のフィラメント２４を配置することが行われる。これによって、磁石が描画される。
【0035】
この磁石製造方法によれば、図７、８に示す円環形状の磁石３０を製造することができる。磁石３０の外周面３０ａには、Ｎ極とＳ極とが交互に円周方向Ｄ２に形成されている。磁石３０の内周面３０ｂには、磁極が形成されていない。磁石３０は、図８に示すように、複数の円環部３１が軸線方向Ｄ３に積層された構造である。各円環部３１は、図７に示すように、複数の第１構成部３２のそれぞれと、複数の第２構成部３３のそれぞれとが、交互に円周方向Ｄ２に配置された構造である。
【0036】
磁石３０の製造において、フィラメント２４の配置工程では、図９に示すように、第１構成部３２が形成されるように、複数本のフィラメント２４を配置することが行われる。図９中の破線矢印は、吐出口１３２が移動した軌跡を示している。吐出口１３２が図９中の破線矢印のようにＵ字状に移動することで、複数本のフィラメント２４のそれぞれがＵ字状をなすように配置される。第１構成部３２を構成する複数本のフィラメント２４のそれぞれは、同じ向きで配置される。このため、第１構成部３２を構成する複数本のフィラメント２４の磁化方向は、同じ向きである。描画された複数本のフィラメント２４のそれぞれの始点の端面は、Ｎ極である。描画された複数本のフィラメント２４のそれぞれの終点の端面は、Ｓ極である。このようにして、外周面にＮ極とＳ極とを有する第１構成部３２が形成される。
【0037】
さらに、図１０に示すように、第２構成部３３が形成されるように、複数本のフィラメント２４を配置することが行われる。図１０中の破線矢印は、吐出口１３２が移動した軌跡を示している。吐出口１３２が図１０中の破線矢印のようにＵ字状に移動することで、複数本のフィラメント２４のそれぞれがＵ字状をなすように配置される。第２構成部３３を構成する複数本のフィラメント２４のそれぞれは、同じ向きで配置される。このため、第２構成部３３を構成する複数本のフィラメント２４の磁化方向は、同じ向きである。描画された複数本のフィラメント２４のそれぞれの始点の端面は、Ｎ極である。描画された複数本のフィラメント２４のそれぞれの終点の端面は、Ｓ極である。第２構成部３３では、複数のフィラメント２４のそれぞれの始点と終点との位置関係が、第１構成部３２と逆の関係である。このようにして、外周面にＳ極とＮ極とを有する第２構成部３３が形成される。
【0038】
そして、複数の第１構成部３２のそれぞれと複数の第２構成部３３のそれぞれとが円周方向Ｄ２に交互に形成されることで、１層の円環部３１が形成される。さらに、この円環部３１以外の複数の円環部３１が軸線方向Ｄ３に形成されることで、図７、８に示す円環形状の磁石３０が製造される。
【0039】
以上の説明の通り、本実施形態の磁石製造装置１０によれば、ノズル１３の吐出口１３２が三次元の任意方向に移動する。ステージ面１４１の上に複数本のフィラメント２４が、任意の形状をなすように配置される。これにより、任意の形状の磁石を成形することができる。また、フィラメント２４の内部の磁化方向は、特定の方向、すなわち、フィラメント２４の中心線に沿う方向に定まっている。このため、ステージ面１４１の上に配置される複数本のフィラメント２４のそれぞれの向きを、狙いの磁化方向に対応する向きにすることで、磁石の内部の磁化方向を狙いの方向にすることができる。よって、これによれば、磁石の形状と磁化方向とが任意に設計された磁石を製造することができる。
【0040】
ところで、特許文献１に記載の磁石製造装置は、磁粉を配向させるための配向用磁石と、磁粉を着磁させるための着磁器とを別々に備えている。このため、磁粉を配向させる工程と、磁粉を着磁させる工程とが、別々に行われる。
【0041】
これに対して、本実施形態の磁石製造装置１０では、磁粉２２の配向と着磁とを同時に行うための磁場印加磁石１５を備えている。このため、磁粉２２を配向させる工程と、磁粉２２を着磁させる工程とが、同時に行われる。
【0042】
磁石の自由成形を可能とするためには、ノズル１３の動きを、３Ｄプリンタのノズルと同様に、精度良く制御する必要がある。そのためには、ノズルユニットの小型化が必要である。本実施形態の磁石製造装置１０によれば、ノズル１３に対して配向用磁石と着磁器とを別々に設ける場合と比較して、ノズルユニットを小型化することができる。
【0043】
さらに、磁粉を配向させる工程と、磁粉を着磁させる工程とが、別々に行われる場合、いずれの工程においても、樹脂材料を加熱しておく必要があるため、樹脂材料を加熱する領域が２つ必要になる。本実施形態の磁石製造装置１０によれば、磁粉２２を配向させる工程と、磁粉２２を着磁させる工程とが、同時に行われるため、樹脂材料２１を加熱する領域は１つで良い。このため、ノズルユニットを小型化することができる。
【0044】
また、本実施形態の磁石製造装置１０によれば、磁場印加磁石１５は、ノズル１３の外周面の周方向全域を囲むとともに、同一の磁極である内周面１５１を有する永久磁石である。これによれば、ノズル１３が同一の磁極に挟まれるとともに、ノズル１３の外周面の周方向全域が永久磁石で囲まれる。これにより、内部流路１３１に大きな磁場を印加することができる。よって、磁粉２２の配向と着磁に必要な大きさの磁場を形成するために必要な磁場印加磁石１５のサイズを小さく抑えることができる。
【0045】
なお、本実施形態では、磁場印加磁石１５の横断面において、磁場印加磁石１５の内周面１５１がなす形状は、円形状である。しかしながら、内周面１５１がノズル１３の外周面の周方向全域を囲んでいれば、内周面１５１がなす形状は、多角形等の他の形状であってもよい。
【0046】
（第２実施形態）
図１１に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０では、磁場印加磁石１５の形状が第１実施形態と同じである。磁場印加磁石１５の半径ｒ１と高さＨ１との関係は、第１実施形態と異なり、Ｈ１＜ｒ１である。磁石製造装置１０の他の構成は、第１実施形態と同じである。本実施形態においても、第１実施形態と同じ効果が得られる。ただし、下記の理由により、半径ｒ１と高さＨ１との関係は、本実施形態のＨ１＜ｒ１よりも、Ｈ１≧ｒ１の方が好ましい。
図１１に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０では、磁場印加磁石１５の形状が第１実施形態と同じである。磁場印加磁石１５の半径ｒ１と高さＨ１との関係は、第１実施形態と異なり、Ｈ１＜ｒ１である。磁石製造装置１０の他の構成は、第１実施形態と同じである。本実施形態においても、第１実施形態と同じ効果が得られる。ただし、下記の理由により、半径ｒ１と高さＨ１との関係は、本実施形態のＨ１＜ｒ１よりも、Ｈ１≧ｒ１の方が好ましい。
【0047】
本発明者は、磁場印加磁石１５の半径ｒ１と高さＨ１との関係がＨ１＜ｒ１とＨ１＝ｒ１のそれぞれの場合において、ノズル１３の内部流路１３１の磁場の大きさを解析した。解析に使用したシミュレーションソフトウェアは、「JMAG-Designer」である。Ｈ１とｒ１の関係以外は、同じ条件である。
【0048】
図１２は、解析したＨ１＜ｒ１の磁場印加磁石１５の断面を示す図である。Ｈ１＝１０ｍｍ、ｒ１＝４０ｍｍの場合、図１２の領域Ａ１、Ａ２での磁場の大きさは、１．２７Ｔであった。図１３は、解析したＨ１＝ｒ１のときの磁場印加磁石１５の断面を示す図である。Ｈ１＝４０ｍｍ、ｒ１＝４０ｍｍの場合、図１３の領域Ｂ１、Ｂ２での磁場の大きさは、１．８２Ｔであった。
【0049】
このように、半径ｒ１を同じとして比較すると、Ｈ１＜ｒ１よりもＨ１＝ｒ１の方が、ノズル１３の内部流路１３１の磁場が大きい。Ｈ１が大きくなるにつれて、磁路が長くなり、磁場が大きくなる。このため、同じ材料で構成された永久磁石を磁場印加磁石１５として用いる場合、Ｈ１≧ｒ１とすることで、Ｈ１＜ｒ１のときと比較して、内部流路１３１の磁場を大きくすることができる。
【0050】
（第３実施形態）
図１４に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０では、ノズル１３Ａの横断面の形状が第１実施形態のノズル１３と異なる。横断面は、ノズル１３Ａの軸線方向に垂直な切断面である。ノズル１３Ａの横断面の形状は、四角形である。ノズル１３Ａの他の構成は、第１実施形態のノズル１３と同じである。ノズル１３Ａの横断面における内周面がなす四角形の一辺の長さは、１ｍｍである。ノズル１３Ａの吐出口１３２から吐出されるフィラメント２４Ａの形状は四角柱である。磁場印加磁石１５の内周面１５１Ａは、横断面が四角形の筒の内周面と同じ形状である。
図１４に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０では、ノズル１３Ａの横断面の形状が第１実施形態のノズル１３と異なる。横断面は、ノズル１３Ａの軸線方向に垂直な切断面である。ノズル１３Ａの横断面の形状は、四角形である。ノズル１３Ａの他の構成は、第１実施形態のノズル１３と同じである。ノズル１３Ａの横断面における内周面がなす四角形の一辺の長さは、１ｍｍである。ノズル１３Ａの吐出口１３２から吐出されるフィラメント２４Ａの形状は四角柱である。磁場印加磁石１５の内周面１５１Ａは、横断面が四角形の筒の内周面と同じ形状である。
【0051】
図１５に示すように、磁場印加磁石１５の内周面１５１Ａは、ノズル１３Ａの外周面に接している。磁場印加磁石１５の内周面１５１Ａの磁極は、Ｎ極である。磁場印加磁石１５の外周面１５２の磁極は、Ｓ極である。本実施形態においても、第１実施形態と同じ効果が得られる。
【0052】
（第４実施形態）
図１６に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０では、ノズル１３Ｂの横断面の形状が第１実施形態のノズル１３と異なる。ノズル１３Ｂの横断面の形状は、六角形である。ノズル１３Ｂの他の構成は、第１実施形態のノズル１３と同じである。ノズル１３Ｂの横断面における内周面がなす六角形の対角線の長さは１ｍｍである。ノズル１３Ｂから吐出されるフィラメント２４Ｂの形状は六角柱である。磁場印加磁石１５の内周面１５１Ｂは、横断面が六角形の筒の内周面と同じ形状である。
図１６に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０では、ノズル１３Ｂの横断面の形状が第１実施形態のノズル１３と異なる。ノズル１３Ｂの横断面の形状は、六角形である。ノズル１３Ｂの他の構成は、第１実施形態のノズル１３と同じである。ノズル１３Ｂの横断面における内周面がなす六角形の対角線の長さは１ｍｍである。ノズル１３Ｂから吐出されるフィラメント２４Ｂの形状は六角柱である。磁場印加磁石１５の内周面１５１Ｂは、横断面が六角形の筒の内周面と同じ形状である。
【0053】
図１７に示すように、磁場印加磁石１５の内周面１５１Ｂは、ノズル１３の外周面に接している。磁場印加磁石１５の内周面１５１Ｂの磁極は、Ｎ極である。磁場印加磁石１５の外周面１５２の磁極は、Ｓ極である。ノズル１３の内部流路１３１に形成される磁場は、第１実施形態と同じである。本実施形態においても、第１実施形態と同じ効果が得られる。
【0054】
（第５実施形態）
図１８、１９に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０では、磁場印加部として、磁場印加磁石４１が用いられている。磁場印加磁石４１は、第１永久磁石４２と、第２永久磁石４３とを含む。
図１８、１９に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０では、磁場印加部として、磁場印加磁石４１が用いられている。磁場印加磁石４１は、第１永久磁石４２と、第２永久磁石４３とを含む。
【0055】
第１永久磁石４２は、外形が円柱形状であり、平坦な２つの底面４２１、４２２と、曲面である側面４２３とを有する。２つの底面４２１、４２２のうち一方の底面４２１は、第１磁極としてのＮ極である。２つの底面４２１、４２２のうち他方の底面４２２は、第２磁極としてのＳ極である。
【0056】
同様に、第２永久磁石４３は、外形が円柱形状であり、平坦な２つの底面４３１、４３２と、曲面である側面４３３とを有する。２つの底面４３１、４３２のうち一方の底面４３１は、第１磁極としてのＮ極である。２つの底面４３１、４３２のうち他方の底面４３２は、第２磁極としてのＳ極である。
【0057】
第１永久磁石４２の一方の底面４２１と第２永久磁石４３の一方の底面４３１とは、ノズル１３を挟んで対向している。これにより、ノズル１３を挟んで、同一の磁極が対向して配置されている。ノズル１３は、底面４２１、４３１の中心と対向する位置に配置されている。このため、図１９に示すように、本実施形態の磁場印加磁石４１によっても、第１実施形態と同様に、ノズル１３の内部流路１３１に対して、ノズル１３の軸線方向に沿う方向の磁場Ｍ３、Ｍ４を印加することができる。
【0058】
磁石製造装置１０の他の構成は、第１実施形態と同じである。このため、本実施形態によっても、第１実施形態と同じ効果が得られる。
【0059】
ここで、図２０に、本実施形態の磁場印加磁石４１と、第１実施形態の磁場印加磁石１５とのそれぞれが形成する磁場の大きさについて、「JMAG-Designer」を用いて計算した結果を示す。この計算では、磁場印加磁石１５、４１は同じ材料で構成される。磁場印加磁石１５のサイズは、外径９ｍｍ、内径１．５ｍｍ、高さ６．４ｍｍである。第１永久磁石４２と第２永久磁石４３のそれぞれのサイズは、直径１４ｍｍ、内径４ｍｍ、高さ１８ｍｍである。
【0060】
図２０に示すように、第１実施形態の磁場印加磁石１５の方が、本実施形態の磁場印加磁石４１よりも、磁場の磁束密度が大きい。このことから、内部流路１３１に印加する磁場を大きくするためには、第１実施形態の磁場印加磁石１５を用いることが好ましい。なお、第５実施形態の第１、第２永久磁石４２、４３の外形は、円柱形状であったが、他の形状であってもよい。
【0061】
（第６実施形態）
図２１、２２に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０では、磁場印加部として、磁場印加磁石５１が用いられている。磁場印加磁石５１は、ハルバッハ配列された複数の磁石部５２ａ、５２ｂ、５２ｃを有する第１永久磁石５２と、ハルバッハ配列された複数の磁石部５３ａ、５３ｂ、５３ｃを有する第２永久磁石５３とを含む。第１永久磁石５２と第２永久磁石５３とは、ノズルを挟んだ両側に配置されている。
図２１、２２に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０では、磁場印加部として、磁場印加磁石５１が用いられている。磁場印加磁石５１は、ハルバッハ配列された複数の磁石部５２ａ、５２ｂ、５２ｃを有する第１永久磁石５２と、ハルバッハ配列された複数の磁石部５３ａ、５３ｂ、５３ｃを有する第２永久磁石５３とを含む。第１永久磁石５２と第２永久磁石５３とは、ノズルを挟んだ両側に配置されている。
【0062】
ハルバッハ配列は、磁極の方向を最適化することによって、特定の方向の磁場強度を最大化する磁石の配列方法である。本実施形態では、ノズル１３の軸線方向の磁場強度が最大化するように、第１永久磁石５２の複数の磁石部５２ａ、５２ｂ、５２ｃが配列されるとともに、第２永久磁石５３の複数の磁石部５３ａ、５３ｂ、５３ｃが配置されている。
【0063】
第１永久磁石５２の複数の磁石部５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、一方向に並んで配置されている。一方向は、ノズル１３の軸線方向に対して交差する方向である。複数の磁石部５２ａ、５２ｂ、５２ｃのうち隣り合う磁石部の磁化方向は、所定角度ずつ異なる。所定角度は、９０度であるが、９０度でなくてもよい。同様に、第２永久磁石５３の複数の磁石部５３ａ、５３ｂ、５３ｃは、一方向に並んで配置されている。複数の磁石部５３ａ、５３ｂ、５３ｃのうち隣り合う磁石部の磁化方向は、所定角度ずつ異なる。一方向および所定角度は、第１永久磁石５２と同じである。
【0064】
そして、図２２に示すように、第１永久磁石５２の１つの磁石部５２ｂの第１磁極である第１磁極面５２１と、第２永久磁石５３の１つの磁石部５３ｂの第１磁極である第２磁極面５３１とが、ノズル１３を挟んで対向している。本実施形態では、第１磁極はＮ極である。
【0065】
このため、本実施形態の磁場印加磁石５１によっても、第１実施形態と同様に、ノズル１３の内部流路１３１に対して、ノズル１３の軸線方向に沿う方向の磁場Ｍ３、Ｍ４を印加することができる。また、本実施形態の磁場印加磁石５１によれば、内部流路１３１に大きな磁場を印加することができる。
【0066】
磁石製造装置１０の他の構成は、第１実施形態と同じである。このため、本実施形態によっても、第１実施形態と同じ効果が得られる。
【0067】
（第７実施形態）
図２３に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０は、ステージ用第１磁石６１とステージ用第２磁石６２とを備える。ステージ用第１磁石６１およびステージ用第２磁石６２は、ステージ面１４１の上に設置されたステージ用磁石である。図２４に示すように、ステージ用第１磁石６１は、ステージ面１４１のうち描画予定である複数のフィラメント２４のそれぞれの始点の端面２４ａに対して対向する位置に配置される。ステージ用第２磁石６２は、ステージ面１４１のうち描画予定である複数のフィラメント２４のそれぞれの終点の端面２４ｂに対して対向する位置に配置される。
図２３に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０は、ステージ用第１磁石６１とステージ用第２磁石６２とを備える。ステージ用第１磁石６１およびステージ用第２磁石６２は、ステージ面１４１の上に設置されたステージ用磁石である。図２４に示すように、ステージ用第１磁石６１は、ステージ面１４１のうち描画予定である複数のフィラメント２４のそれぞれの始点の端面２４ａに対して対向する位置に配置される。ステージ用第２磁石６２は、ステージ面１４１のうち描画予定である複数のフィラメント２４のそれぞれの終点の端面２４ｂに対して対向する位置に配置される。
【0068】
図２３に示すように、吐出口１３２がステージ面１４１に対して相対的に移動することで、複数のフィラメント２４が描画される。具体的には、図２４に示すように、フィラメント２４としての第１フィラメント２４１と第２フィラメント２４２とが、互いに平行に隣り合うように、描画されるようになっている。このとき、描画される第１フィラメント２４１の始点と第２フィラメント２４２の始点とが隣り合うとともに、描画される第１フィラメント２４１の終点と第２フィラメント２４２の終点とが隣り合うようになっている。始点とは、フィラメント２４のうち描画が開始される端部である。終点とは、フィラメント２４のうち描画が終了される端部である。図２４では、描画予定である第１フィラメント２４１と第２フィラメント２４２のそれぞれの始点の端面２４ａは、Ｎ極である。描画予定である第１フィラメント２４１と第２フィラメント２４２のそれぞれの終点の端面２４ｂは、Ｓ極である。
【0069】
図２４に示すように、ステージ用第１磁石６１は、Ｓ極の面６１１と、Ｎ極の面６１２とを有する永久磁石である。Ｓ極の面６１１は、ステージ用第１磁石６１のうち一方向の一方側に位置する。Ｎ極の面６１２は、ステージ用第１磁石６１のうちその一方向の他方側に位置する。ステージ面１４１において、描画予定である第１フィラメント２４１と第２フィラメント２４２のそれぞれの始点の端面２４ａに対して、ステージ用第１磁石６１のＳ極の面６１１が対向するように、ステージ用第１磁石６１が予め配置される。ステージ用第１磁石６１のＳ極の面６１１は、ステージ用第１磁石６１のうち始点の端面２４ａの磁極とは異なる磁極の面である。
【0070】
ステージ用第２磁石６２は、Ｎ極の面６２１と、Ｓ極の面６２２とを有する永久磁石である。Ｎ極の面６２１は、ステージ用第２磁石６２のうち一方向の一方側に位置する。Ｓ極の面６２２は、ステージ用第２磁石６２のうちその一方向の他方側に位置する。ステージ面１４１において、描画予定である第１フィラメント２４１と第２フィラメント２４２のそれぞれの終点の端面２４ｂに対して、ステージ用第２磁石６２のＮ極の面６２１が対向するように、ステージ用第２磁石６２が予め配置される。ステージ用第２磁石６２のＮ極の面６２１は、ステージ用第２磁石６２のうち終点の端面２４ｂの磁極とは異なる磁極の面である。
【0071】
本実施形態の磁石製造方法は、第１実施形態と同様に、樹脂材料２１の溶融工程と、磁粉２２の配向着磁工程と、フィラメント２４の配置工程とを含む。樹脂材料２１の溶融工程および磁粉２２の配向着磁工程は、第１実施形態と同じである。
【0072】
フィラメント２４の配置工程では、ステージ面１４１にステージ用第１磁石６１とステージ用第２磁石６２とが設置された状態で、ステージ用第１磁石６１からステージ用第２磁石６２に向かって、複数のフィラメント２４が描画される。このとき、複数のフィラメント２４のそれぞれは、隣り合うフィラメント２４１、２４２が接しながら、互いに平行に、円弧を描くように配置される。隣り合うフィラメント２４１、２４２の一例が、第１フィラメント２４１および第２フィラメント２４２である。
【0073】
ステージ面１４１のうち描画の始点の位置に、フィラメント２４の始点の端面２４ａが形成される。ステージ面１４１のうち描画の終点の位置では、フィラメント２４が切断されて、フィラメント２４の終点の端面２４ｂが形成される。これにより、複数のフィラメント２４のそれぞれは、始点の端面２４ａと、終点の端面２４ｂとを有する。隣り合うフィラメント２４１、２４２のそれぞれの始点の端面２４ａは隣り合う。隣り合うフィラメント２４１、２４２のそれぞれの終点の端面２４ｂは隣り合う。
【0074】
ここで、図２５に示すように、本実施形態と異なり、ステージ面１４１にステージ用第１磁石６１とステージ用第２磁石６２とが設置されない状態で、ステージ面１４１に複数のフィラメント２４が配置される場合について説明する。ステージ面１４１に配置される複数のフィラメント２４の形状は、本実施形態と同じである。
【0075】
この場合、図２６に示すように、複数のフィラメント２４のうち隣り合うフィラメント２４１、２４２では、各フィラメント２４の始点の端面２４ａから外側に向かう磁束の向きが対向する。図２６中の矢印は、磁束を示している。例えば、第１フィラメント２４１の磁束Ｆ１と、第２フィラメント２４２の磁束Ｆ２とは、磁束の向きが対向している。第１フィラメント２４１の磁束Ｆ３と、第２フィラメント２４２の磁束Ｆ４とは、磁束の向きが対向している。このため、隣り合うフィラメント２４１、２４２同士が反発する。
【0076】
描画の始点において、樹脂材料が十分に固まる前に、磁粉同士が相互作用すると、隣り合うフィラメント２４１、２４２同士の接着が不十分となり、隣り合うフィラメント２４１、２４２同士に隙間が生じる。または、隣り合うフィラメント２４１、２４２同士が接着しても、磁粉の配向に乱れが生じる。
【0077】
また、図示しないが、描画の終点においても、描画の始点と同様に、隣り合うフィラメント２４１、２４２同士が反発することで、隣り合うフィラメント２４１、２４２同士の接着不良や、磁粉の配向の乱れが生じる。
【0078】
これに対して、本実施形態によれば、図２７に示すように、描画の始点において、各フィラメント２４の端面２４ａから外側に向かう磁束は、ステージ用第１磁石６１のＳ極に引かれるため、互いに平行になる。図２７中の矢印は、磁束を示している。この状態が、樹脂材料が固化するまで保持される。このため、隣り合うフィラメント２４１、２４２同士の反発を回避することができる。一旦、熱可塑性の樹脂材料が冷却されて固化すると、磁粉の配向は固定される。このため、複数のフィラメント２４がステージ用第１磁石６１から離れても、磁粉の配向が乱れることはない。
【0079】
また、図示しないが、描画の終点においても、描画の始点と同様に、各フィラメント２４の端面２４ｂから外側に向かう磁束は、ステージ用第２磁石６２のＮ極に引かれるため、互いに平行になる。このため、隣り合うフィラメント２４１、２４２同士の反発を回避することができる。なお、描画の終点では、一旦、フィラメント２４が切れる際に磁粉の配向が乱れる。しかし、端面２４ｂから外側に向かう磁束がステージ用第２磁石６２のＮ極に引かれるため、磁粉が配向された状態に戻すことができ、磁粉の配向を維持することができる。
【0080】
このように、本実施形態によれば、製造後の磁石の磁粉の配向度を上げることができる。なお、磁石製造装置１０は、ステージ用第１磁石６１とステージ用第２磁石６２のうち一方のみを備えていてもよい。また、ステージ用第１磁石６１とステージ用第２磁石６２とのそれぞれは、永久磁石ではなく、電磁石であってもよい。
【0081】
（第８実施形態）
図２８に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０は、第１軟磁性材料７１と第２軟磁性材料７２とを備える。第１軟磁性材料７１および第２軟磁性材料７２は、ステージ面１４１の上に設置された軟磁性材料である。軟磁性材料としては、鉄等が挙げられる。図２９に示すように、第１軟磁性材料７１は、ステージ面１４１のうち描画予定の複数のフィラメント２４のそれぞれの始点の端面２４ａに対して対向する位置に配置される。第２軟磁性材料７２は、ステージ面１４１のうち描画予定の複数のフィラメント２４のそれぞれの終点の端面２４ｂに対して対向する位置に配置される。描画予定の複数のフィラメント２４の形状は、第７実施形態と同じである。
図２８に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０は、第１軟磁性材料７１と第２軟磁性材料７２とを備える。第１軟磁性材料７１および第２軟磁性材料７２は、ステージ面１４１の上に設置された軟磁性材料である。軟磁性材料としては、鉄等が挙げられる。図２９に示すように、第１軟磁性材料７１は、ステージ面１４１のうち描画予定の複数のフィラメント２４のそれぞれの始点の端面２４ａに対して対向する位置に配置される。第２軟磁性材料７２は、ステージ面１４１のうち描画予定の複数のフィラメント２４のそれぞれの終点の端面２４ｂに対して対向する位置に配置される。描画予定の複数のフィラメント２４の形状は、第７実施形態と同じである。
【0082】
すなわち、ステージ面１４１において、描画予定である第１フィラメント２４１と第２フィラメント２４２のそれぞれの始点の端面２４ａに対して対向する位置に、第１軟磁性材料７１が予め配置される。ステージ面１４１において、描画予定である第１フィラメント２４１と第２フィラメント２４２のそれぞれの終点の端面２４ｂに対して対向する位置に、第２軟磁性材料７２が予め配置される。
【0083】
描画予定の複数のフィラメント２４のそれぞれの始点の端面２４ａは、一方向に並んでいる。第１軟磁性材料７１は、複数のフィラメント２４のそれぞれの始点の端面２４ａの並び方向に延びている。複数のフィラメント２４のそれぞれの終点の端面２４ｂは、別の一方向に並んでいる。第１軟磁性材料７１は、複数のフィラメント２４のそれぞれの終点の端面２４ｂの並び方向に延びている。
【0084】
第７実施形態と同様に、本実施形態によれば、図３０に示すように、描画の始点において、各フィラメント２４の端面２４ａから外側に向かう磁束は、第１軟磁性材料７１に引かれて、互いに平行になる。図３０中の矢印は、磁束を示している。この状態が、樹脂材料が固化するまで保持される。このため、隣り合うフィラメント２４１、２４２同士の反発を回避することができる。
【0085】
また、図示しないが、描画の終点においても、各フィラメント２４の端面２４ｂから外側に向かう磁束は、第２軟磁性材料７２に引かれて、互いに平行になる。このため、隣り合うフィラメント２４１、２４２同士の反発を回避することができる。描画の終点では、一旦、フィラメント２４が切れる際に配向が乱れる。しかし、端面２４ｂから外側に向かう磁束が第２軟磁性材料７２に引かれるため、磁粉の配向を維持することができる。
【0086】
なお、磁石製造装置１０は、第１軟磁性材料７１と第２軟磁性材料７２のうち一方のみを備えていてもよい。
【0087】
（第９実施形態）
図３１に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０は、第８実施形態の磁石製造装置１０と同様に、第１軟磁性材料７１と第２軟磁性材料７２とを備える。しかし、第８実施形態の磁石製造装置１０と異なり、第１軟磁性材料７１と第２軟磁性材料７２とは、Ｌ字状に配置されている。第１軟磁性材料７１の長手方向の端部と、第２軟磁性材料７２の長手方向の端部とは、接している。このように、第１軟磁性材料７１と第２軟磁性材料７２とは、複数のフィラメント２４のそれぞれの始点の端面２４ａおよび終点の端面２４ｂから離れた位置で繋がっている。磁石製造装置１０の他の構成は、第８実施形態と同じである。本実施形態によっても、第８実施形態と同じ効果が得られる。
図３１に示すように、本実施形態の磁石製造装置１０は、第８実施形態の磁石製造装置１０と同様に、第１軟磁性材料７１と第２軟磁性材料７２とを備える。しかし、第８実施形態の磁石製造装置１０と異なり、第１軟磁性材料７１と第２軟磁性材料７２とは、Ｌ字状に配置されている。第１軟磁性材料７１の長手方向の端部と、第２軟磁性材料７２の長手方向の端部とは、接している。このように、第１軟磁性材料７１と第２軟磁性材料７２とは、複数のフィラメント２４のそれぞれの始点の端面２４ａおよび終点の端面２４ｂから離れた位置で繋がっている。磁石製造装置１０の他の構成は、第８実施形態と同じである。本実施形態によっても、第８実施形態と同じ効果が得られる。
【0088】
第８実施形態では、第１軟磁性材料７１と第２軟磁性材料７２とが繋がっていない。このため、第８実施形態の第１軟磁性材料７１および第２軟磁性材料７２によって磁束が引かれる効果は、第７実施形態のステージ用第１磁石６１およびステージ用第２磁石６２によって磁束が引かれる効果よりも低い。
【0089】
これに対して、本実施形態では、第１軟磁性材料７１と第２軟磁性材料７２とが繋がっている。このため、図３１に示すように、描画後の複数のフィラメント２４と第１軟磁性材料７１と第２軟磁性材料７２とのそれぞれを磁束が通る磁気回路Ｍ５が形成される。これにより、第１軟磁性材料７１と第２軟磁性材料７２とが繋がっていない場合と比較して、複数のフィラメント２４の端面２４ａ、２４ｂから磁束が引かれる効果を高めることができる。
【0090】
【0091】
図３２中の第１実施形態は、第１実施形態の磁石製造装置１０を用いて製造した磁石の表面磁束密度である。第１実施形態の磁石製造装置１０では、ステージ面１４１の上に、磁石と軟磁性材料のどちらも設置されない。図３２中の第７実施形態は、第７実施形態の磁石製造装置１０を用いて製造した磁石の表面磁束密度である。第７実施形態の磁石製造装置１０では、ステージ面１４１の上に、ステージ用第１、第２磁石６１、６２が設置される。図３２中の第９実施形態は、第９実施形態の磁石製造装置１０を用いて製造した磁石の表面磁束密度である。第９実施形態の磁石製造装置１０では、ステージ面１４１の上に、第１、第２軟磁性材料７１、７２が設置される。
【0092】
第１、第７、第９実施形態の磁石製造装置１０を用いた磁石の製造条件は、ステージ面１４１の上のステージ用第１、第２磁石６１、６２または第１、第２軟磁性材料７１、７２の有無を除いて、同じである。磁場印加磁石１５は、ＮｄＦｅＢ異方性焼結磁石である。混合物２３の樹脂材料２１は、ポリカプロラクトンである。磁粉２２は、異方性のＳｍ－Ｆｅ－Ｎ系の磁粉である。混合物２３の樹脂材料２１と磁粉２２との比率は、磁粉：樹脂材料＝60vol%：40vol%である。
【0093】
図３２に示すように、第７、第９実施形態の磁石製造装置１０を用いて製造した磁石の表面磁束密度は、第１実施形態の磁石製造装置１０を用いて製造した磁石の表面磁束密度よりも大きかった。これにより、ステージ面１４１の上にステージ用磁石または軟磁性材料を設置することで、製造される磁石の磁束密度を大きくできることが確認された。
【0094】
（他の実施形態）
（１）上記した各実施形態では、ステージ１４は移動不可能であり、ノズル１３が移動可能に構成されている。これにより、吐出口１３２がステージ面１４１に対して三次元の任意方向に相対的に移動可能に構成されている。しかしながら、ノズル１３が移動不可能であり、ステージ１４が移動可能に構成されることで、吐出口１３２がステージ面１４１に対して三次元の任意方向に相対的に移動可能に構成されてもよい。また、ノズル１３とステージ１４の両方が移動可能に構成されることで、吐出口１３２がステージ面１４１に対して三次元の任意方向に相対的に移動可能に構成されてもよい。
（１）上記した各実施形態では、ステージ１４は移動不可能であり、ノズル１３が移動可能に構成されている。これにより、吐出口１３２がステージ面１４１に対して三次元の任意方向に相対的に移動可能に構成されている。しかしながら、ノズル１３が移動不可能であり、ステージ１４が移動可能に構成されることで、吐出口１３２がステージ面１４１に対して三次元の任意方向に相対的に移動可能に構成されてもよい。また、ノズル１３とステージ１４の両方が移動可能に構成されることで、吐出口１３２がステージ面１４１に対して三次元の任意方向に相対的に移動可能に構成されてもよい。
【0095】
（２）上記した各実施形態では、磁場印加磁石１５、４１、５１のノズル１３側の磁極はＮ極であり、磁場印加磁石１５のノズル１３から離れた側の磁極はＳ極である。しかしながら、これらの磁極が反対であってもよい。
【0096】
（３）上記した各実施形態では、磁場印加磁石１５、４１、５１は、永久磁石であるが、電磁石であってもよい。
【0097】
（４）本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能であり、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0098】
１２ ヒータ
１３ ノズル
１３１ 内部流路
１３２ 吐出口
１４ ステージ
１４１ ステージ面
１５ 磁場印加磁石
１３ ノズル
１３１ 内部流路
１３２ 吐出口
１４ ステージ
１４１ ステージ面
１５ 磁場印加磁石
【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14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】