JP2000060080A - 永久磁石型モ―タその他の永久磁石応用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強い磁力を有し、多極着磁しても磁束のバラ
ツキが少ない永久磁石を用いて、一層の小型化・高性能
化・低コスト化への対応が可能な永久磁石型モータ及び
これを用いたアクチュエータ、並びに磁気式エンコーダ
を提供する。 【解決手段】 永久磁石型モータ及びアクチュエータの
永久磁石を備えた可動部もしくは固定部として、また磁
気スケールと磁気検出素子を備えた磁気式エンコーダの
磁気スケールとして、粒径１０μｍ以下の希土類−鉄−
窒素系磁石粉末を樹脂結合し、多極着磁されたボンド磁
石を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータの固
定ディスクやフロッピーディスクの駆動装置、プリンタ
ー等のコンピュータ周辺機器をはじめ、各種の機器に使
用される制御用及び駆動用の永久磁石応用装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】可動部もしくは固定部に永久磁石を備え
た永久磁石型モータや、これを用いたアクチュエータ
は、コンピュータ関連機器、プリンター、カメラ、時計
等の制御用及び駆動用として幅広く利用されている。ま
た、永久磁石からなる磁気スケールと、ホール素子や磁
気抵抗素子のような磁気検出素子を備えた磁気式エンコ
ーダは、長さや角度等の変位を測定するセンサーの１種
として知られている。

【０００３】従来から、永久磁石型モータの可動部もし
くは固定部及び磁気式エンコーダの磁気スケール等に用
いられる永久磁石としては、ネオジム（Ｎｄ）−鉄（Ｆ
ｅ）−ホウ素（Ｂ）系やサマリウム（Ｓｍ）−コバルト
（Ｃｏ）系等の焼結磁石、あるいはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系急
冷磁石粉末を樹脂結合剤で結合したボンド磁石等が主に
使用されてきた。

【０００４】しかしながら、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系やＳｍ−
Ｃｏ系の焼結磁石は、これらの磁石粉末にバインダーを
混合して成形し、焼結することによって製造するため、
焼結したままの状態では必要な寸法精度が得られない。
従って、永久磁石型モータ等の小型精密機器用途に用い
るためには、焼結後に十分な寸法精度がえられるまで研
削等の機械加工を施す必要があった。

【０００５】一方、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系のボンド磁石は、
圧縮成型や射出成形により製造するため、十分な寸法精
度で大量生産できる利点がある。しかし、従来のＮｄ−
Ｆｅ−Ｂ系急冷磁石粉末は磁気特性が低く、且つその磁
石粉末を樹脂結合剤を用いて結合することによって実効
的な磁石割合が少なくなるため、磁力が弱いという欠点
を有していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、各種機器の小型
化に伴って、永久磁石型モータや磁気式エンコーダ等に
ついても益々小型化、高特性化、低価格化の要求が高ま
っている。そのため、永久磁石型モータや磁気式エンコ
ーダ等に用いる永久磁石においても、小型で高特性であ
り、加工が容易で生産性の高い永久磁石が求められてい
る。しかし、このような小型化の要求により、焼結磁石
は益々加工が困難になり、ボンド磁石は小型化するほど
高い特性を維持することが難しくなる。

【０００７】しかも、最近の磁石の小型化は、ボンド磁
石においてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系急冷磁石粉末の粒子径のバ
ラツキが問題となるところまで進展している。即ち、多
極着磁した場合に、その一つの磁極の大きさに対する磁
石粉末粒子の大きさが問題となり、各磁極の強さが不均
一になっている現状である。その結果、かかるボンド磁
石を用いた永久磁石型モータやアクチュエータは動作が
滑らかでなくなり、磁気式エンコーダでは出力信号にエ
ラーが発生しやすいという欠点があった。

【０００８】また、従来のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系急冷磁石粉
末を利用したボンド磁石では、多極着磁する際の着磁工
程でかなり大きな磁界を必要とする。ところが、磁石が
小型化すると、多極着磁を行うために小さな着磁ヨーク
を用いることになり、一つの磁極の大きさが数ミリメー
トル以下となるため着磁に十分な磁界を発生させること
ができず、従って十分に大きな磁界で着磁した場合に比
較して特性が低くならざるを得なかった。

【０００９】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
生産性の良いボンド磁石からなり、従来のＮｄ−Ｆｅ−
ｂ系急冷磁石粉末を樹脂結合剤で結合したものより強い
磁力を有し、多極着磁しても磁束のバラツキが少ないボ
ンド磁石を用いて、一層の小型化・高性能化・低コスト
化への対応が可能な永久磁石型モータ、及びこれを用い
たアクチュエータ、並びに磁気式エンコーダを提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、可動部もしくは固定部に永久磁石を備え
た永久磁石型モータ、及びその永久磁石型モータを用い
るアクチュエータを提供するものであって、前記永久磁
石が粒径１０μｍ以下の希土類−鉄−窒素系磁石粉末を
樹脂結合し、多極着磁されたボンド磁石からなることを
特徴とする。

【００１１】また、本発明は、磁気スケールと磁気検出
素子を備えた磁気式エンコーダを提供するものであり、
該磁気スケールが粒径１０μｍ以下の希土類−鉄−窒素
系磁石粉末を樹脂結合し、多極着磁されたボンド磁石か
らなることを特徴とする。

【００１２】上記の永久磁石型モータやアクチュエー
タ、並びに磁気式エンコーダに使用されるボンド磁石
は、多極着磁された各磁極からの磁束密度の絶対値のバ
ラツキが１０％未満であること、あるいは多極着磁され
た各磁極間の距離が１０ｍｍ以下であることを特徴とす
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明で用いる永久磁石は、粒径
１０μｍ以下の希土類−鉄−窒素系磁石粉末を樹脂結合
剤で結合したボンド磁石であって、多極着磁したもので
ある。希土類元素としてはサマリウム（Ｓｍ）が最も好
ましく、代表的な磁石粉末の組成としては２４〜２５重
量％Ｓｍ−３〜４重量％Ｎ−残部Ｆｅがある。また、鉄
の一部をコバルト（Ｃｏ）で置換しても良い。

【００１４】上記希土類−鉄−窒素系磁石粉末は、例え
ば特開平２−５７６６３号公報に記載の溶解鋳造法、あ
るいは特許第１７０２５４４号公報や特開平９−１５７
８０３号公報に記載の還元拡散法により希土類−鉄系合
金粉末を製造し、これを窒化することによって得られ
る。この希土類−鉄−窒素系磁石粉末は、微粉砕するこ
とにより、粒径１０μｍ以下又は平均粒径では４μｍ以
下とする。磁石粉末の粒径を１０μｍ以下又は平均粒径
を４μｍ以下とするのは、多極着磁したときの各磁極の
大きさに対して十分小さな粒径とすることで、磁束密度
のバラツキを抑えるためである。

【００１５】尚、磁石粉末の粒径が１０μｍ以下とは、
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により磁石粉末を観察し
て、観察された粒子１００個の最大径を測定したとき、
その最大径が１０μｍ以下の粒子が９５個以上を占める
ことを意味する。また、平均粒径とは、上記のごとく測
定された各最大径を体積換算して求めた体積基準の平均
粒径である。

【００１６】希土類−鉄−窒素系磁石粉末を結合する樹
脂結合剤は、従来からボンド磁石に使用されているもの
で良く、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹
脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいはポリア
ミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリステイレン樹脂等の
熱可塑性樹脂を使用することができる。一般的には、圧
縮成型の場合にはエポキシ樹脂が好ましく、射出成形を
行う場合にはナイロン１２樹脂を用いるが、これらに限
定されるものではない。

【００１７】本発明で用いるボンド磁石は、上記の希土
類−鉄−窒素系磁石粉末を樹脂結合剤と混合し、通常の
ボンド磁石と同様に、圧縮成型又は射出成形することに
より作製できる。その際、成形金型には配向磁界発生用
の複数の磁石を組み込み、キャビティ外側から磁石粉末
に配向磁界を与えて磁気配向させる。得られたボンド磁
石は、着磁ヨークを用いて多極着磁させる。

【００１８】ボンド磁石の形状及び多極着磁の状態は、
それを用いる装置に合わせて適宜選定する。例えば、永
久磁石型モータでは、駆動コイルの内側又は外側に可動
部である磁石ロータを配置するロータ形が一般的である
から、説明のためにＮＳ極を表示した図１に示すよう
に、リング状のボンド磁石の外周面又は内周面に多極着
磁させる。また、リニア形の永久磁石型モータでは、例
えば図２に示すように、可動部となる平板状のボンド磁
石の平面に縞状のパターンで多極着磁させる。

【００１９】磁気式エンコーダの場合も同様であって、
その磁気スケールとして用いる永久磁石は、ロータリー
形エンコーダではリング状又は円板状のボンド磁石の外
周面に多極着磁させ、リニア形エンコーダにおいては平
板状のボンド磁石の平面に多極着磁させる。

【００２０】尚、永久磁石型モータ、アクチュエータ、
及び磁気式エンコーダは、それらの設計思想に基づき構
成が決定されるものであり、どのような構造でも差し支
えない。例えば、代表的なアウターロータ形の永久磁石
型モータでは、本発明の多極着磁させたボンド磁石から
なるリング状の磁石ロータの外側に、複数の駆動コイル
を備えたステータヨークが配置される。また、磁気式エ
ンコーダにおいては、本発明の多極着磁されるボンド磁
石からなる磁気スケールに対向して、ホール素子又は磁
気抵抗素子が所定の位相関係で２個配置される。

【００２１】多極着磁された各磁極の間の距離が短くな
る程、多極着磁が難しく、各磁極の磁束密度のバラツキ
が大きくなりやすいが、本発明で用いる希土類−鉄−窒
素系ボンド磁石では、磁石の小型化により一つの磁極の
大きさが小さくなっても、多極着磁させた各磁極に十分
大きな磁界を発生させ、且つ各磁極の磁束のバラツキを
小さく抑えることができる。

【００２２】具体的には、多極着磁された各磁極からの
磁束密度の絶対値のバラツキを１０％未満に抑えること
ができ、従って、本発明の永久磁石型モータやアクチュ
エータは動作が滑らかであり、また磁気式エンコーダに
おいてはエラーのない安定した出力信号が得られる。こ
の作用効果は、ボンド磁石の多極着磁された各磁極の距
離が１０ｍｍ以下のとき、従来のものと比較して特に顕
著である。

【００２３】

【実施例】実施例１ 組成がＳｍ：２４重量％、Ｆｅ：７２.５重量％、Ｎ：
３.５重量％であり、粒径が１０μｍ、平均粒径が４μ
ｍの微細なＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末を、エポキシ樹脂
５重量％と混合し、成形金型のキャビティに入れて圧縮
成型し、外径４.３ｍｍ、内径２ｍｍ、高さ５ｍｍのリ
ング状のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石を製造した。その
際、金型に配向磁界発生用の磁石を組み込み、キャビテ
ィ外側から配向磁界を与えて磁石粉末が磁気配向するよ
うに構成した。

【００２４】このリング状のボンド磁石を、着磁ヨーク
を用いて、図１に示すように外周面に沿い周方向に８極
に多極着磁した。得られた多極着磁されたボンド磁石の
各磁極の間の距離は１.７ｍｍであり、各磁極の中心に
おける磁束密度は最大で２.２ｋＧ、磁束密度のバラツ
キ（各極の磁束密度の絶対値の最大値と最小値との差を
最大値で除した値）は７.１％であった。

【００２５】次に、この多極着磁させたリング状のボン
ド磁石を磁石ロータとし、その外側に複数の駆動コイル
を備えたステータヨークを配置して、永久磁石型モータ
を作製した。このモータのトルクを測定したところ、ト
ルク変動（１回転中のトルクの最大値と最小値の差を最
大値で除した値）は４％であった。

【００２６】比較例１ 組成がＮｄ：１３重量％、Ｆｅ：８１重量％、Ｂ：６重
量％であり、粒径が２００μｍ以下３０μｍ以上である
微細なＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を用い、実施例１と同
様にして、外径４.３ｍｍ、内径２ｍｍ、高さ５ｍｍの
リング状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石を製造した。

【００２７】このボンド磁石を着磁ヨークを用いて実施
例１と同様に８極に多極着磁した永久磁石は、磁束密度
が最大で１.５ｋＧ、及び磁束密度のバラツキが１５％
であった。また、この永久磁石を用いて実施例１と同様
に永久磁石型モータを作製したところ、そのトルク変動
は７％と大きかった。

【００２８】実施例２ 実施例１と同一のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末の微細粉
を、ナイロン１２樹脂８重量％と混合し、配向磁界発生
用の磁石を組み込んだ成形金型を用いて射出成形するこ
とにより、外径２.０ｍｍ、内径１ｍｍ、高さ３ｍｍの
リング状のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石を製造した。

【００２９】このリング状のボンド磁石を、実施例１と
同様に着磁ヨークを用いて周方向に４極に多極着磁し
た。多極着磁されたボンド磁石の各磁極の間の距離は
１.６ｍｍであり、各磁極の中心における磁束密度は最
大で１.２ｋＧ、磁束密度のバラツキは９.２％であっ
た。

【００３０】次に、この多極着磁させたリング状のボン
ド磁石を磁石ロータとし、その外側に駆動コイルを備え
たステータヨークを配置して永久磁石型モータを作製し
た。このモータのトルクを測定したところ、トルク変動
は５％であった。

【００３１】比較例２ 比較例１と同一のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を用い、実
施例２と同様にして、外径２.０ｍｍ、内径１ｍｍ、高
さ３ｍｍのリング状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石を製
造した。このボンド磁石を着磁ヨークを用いて実施例２
と同様に４極に多極着磁した永久磁石は、磁束密度が最
大で０.９ｋＧ、及び磁束密度のバラツキが１８％であ
った。また、この永久磁石を用いて実施例２と同様に永
久磁石型モータを作製したところ、そのトルク変動は８
％であった。

【００３２】実施例３ 実施例１と同一のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末を、エポキ
シ樹脂５重量％と混合し、配向磁界発生用の磁石を組み
込んだ成形金型を用いて圧縮成型し、外径２８ｍｍ、内
径２４ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系
ボンド磁石を製造した。

【００３３】このリング状のボンド磁石を、実施例１と
同様に着磁ヨークを用いて周方向に８極に多極着磁し
た。多極着磁されたボンド磁石の各磁極の間の距離は１
１ｍｍであり、各磁極の中心における磁束密度は最大で
２.８ｋＧ、磁束密度のバラツキは２.５％であった。

【００３４】比較例３ 比較例１と同一のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を用い、実
施例３と同様にして、外径２８ｍｍ、内径２４ｍｍ、高
さ５ｍｍのリング状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石を製
造した。このボンド磁石を着磁ヨークを用いて実施例３
と同様に８極に多極着磁したとこり、得られた永久磁石
は磁束密度が最大で２.１ｋＧ、及び磁束密度のバラツ
キが９.５％であった。

【００３５】実施例４ 実施例１と同一のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末を、ナイロ
ン１２樹脂８重量％と混合し、配向磁界発生用の磁石を
組み込んだ成形金型を用いて射出成形して、長さ１０ｍ
ｍ、幅３ｍｍ、厚さ１ｍｍの平板状のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系
ボンド磁石を製造した。

【００３６】この平板状のボンド磁石を、着磁ヨークを
用いて長さ方向に１０極に多極着磁した。この多極着磁
された永久磁石の各磁極の間の距離は１ｍｍであり、各
磁極の中心における磁束密度は最大で６２０Ｇ、磁束密
度のバラツキは８.５％であった。

【００３７】次に、この多極着磁された平板状の永久磁
石を磁気スケールとして用い、ホール素子で信号検出を
行う磁気式エンコーダを作製した。この磁気式エンコー
ダの信号出力のバラツキ（各磁極に対応する位置のピー
ク電圧の最大値と最小値の差を最大値で除した値）を測
定したところ、７.６％であった。

【００３８】比較例４ 比較例１と同一のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を用い、実
施例４と同様にして、長さ１０ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ１
ｍｍの平板状のＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系ボンド磁石を製造し
た。このボンド磁石を着磁ヨークを用いて実施例４と同
様に１０極に多極着磁したところ、得られた永久磁石は
磁束密度が最大で５３０Ｇ、及び磁束密度のバラツキが
１４.５％であった。

【００３９】この多極着磁された平板状の永久磁石を用
い、実施例４と同様に磁気式エンコーダを作製した。こ
の磁気式エンコーダの信号出力のバラツキを測定したと
ころ１２.１％であった。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、生産性に優れ、強い磁
力を有し、且つ多極着磁しても磁束のバラツキが少ない
希土類−鉄−窒素系ボンド磁石からなる永久磁石を用
い、一層の小型化・高性能化・低コスト化への対応が可
能な永久磁石型モータ及びこれを用いたアクチュエー
タ、並びに磁気式エンコーダを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】多極着磁したリング状のボンド磁石のＮＳ極を
模式的に示す平面図である。

【図２】多極着磁した平板状のボンド磁石のＮＳ極を模
式的に示す斜視図である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動部もしくは固定部に永久磁石を備え
   た永久磁石型モータであって、該永久磁石が粒径１０μ
   ｍ以下の希土類−鉄−窒素系磁石粉末を樹脂結合し、多
   極着磁されたボンド磁石からなることを特徴とする永久
   磁石型モータ。
2. 【請求項２】 前記ボンド磁石の多極着磁された各磁極
   からの磁束密度の絶対値のバラツキが１０％未満である
   ことを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石型モー
   タ。
3. 【請求項３】 前記ボンド磁石の多極着磁された各磁極
   間の距離が１０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求
   項１又は２に記載の永久磁石型モータ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の永久磁
   石型モータを用いることを特徴とするアクチュエータ。
5. 【請求項５】 磁気スケールと磁気検出素子とを備えた
   磁気式エンコーダであって、該磁気スケールが粒径１０
   μｍ以下の希土類−鉄−窒素系磁石粉末を樹脂結合し、
   多極着磁されたボンド磁石からなることを特徴とする磁
   気式エンコーダ。
6. 【請求項６】 前記ボンド磁石の多極着磁された各磁極
   からの磁束密度の絶対値のバラツキが１０％未満である
   ことを特徴とする、請求項５に記載の磁気式エンコー
   ダ。
7. 【請求項７】 前記ボンド磁石の多極着磁された各磁極
   間の距離が１０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求
   項５又は６に記載の磁気式エンコーダ。