JP2001006958A

JP2001006958A - 磁石シートおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2001006958A
Application number: JP11179784A
Authority: JP
Inventors: Tetsukuni Miyahara; 鉄洲宮原
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】高保磁力の磁性材料に着磁する場合であって
も、大容量、大電流の着磁装置を用いることなく、簡便
な装置で任意の着磁パターンを形成させた磁石シートを
提供する。【解決手段】基材上に、磁気異方性を有する磁性粉と
熱溶融性バインダー樹脂とを主成分とする磁性塗料を塗
布して磁性層を形成し、該磁性層を乾燥した後、一定の
外部磁界下で、局所的に熱エネルギーを投与して投与部
分の温度を昇温して熱溶融性バインダー樹脂を軟化し、
局所的に外部磁界方向に磁気異方性を有する磁性粉の磁
化容易軸を配向させた後、加熱部分を冷却して該磁性粉
の配向を固定化して着磁させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高分子材料に磁性
粉を分散させて作製するシート状磁石、リボン状磁石、
フィルム状磁石あるいは塗布型磁気式ロータリーエンコ
ーダー等に使用される磁石シートに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シート状またはフィルム状の永久
磁石は強磁性体粉末とプラスチックまたはゴム等の高分
子材料との混練物を押出成型法またはカレンダ成型法に
よって０．５ｍｍ程度の厚さに成形した後、これを多極
型着磁ヨークとコンデンサー式着磁電源を用いて着磁す
る方法によって生産されていた。

【０００３】また、更に薄い０．５ｍｍ以下の磁石シー
トを成形する方法として、硬質磁性体微粉末が８０〜９
８重量％となるペースト状組成物をドクターナイフを用
いて基材上に層状に被覆し、乾燥前に被覆層を硬質磁性
材料の磁気軸を配向し、次いで、乾燥後に被覆層をロー
ル加工した後、前述の方法と同様な着磁方法を用いて着
磁を行い薄層永久磁石を製造する方法が提案されている
（特開昭５０−８５８９７号公報）。

【０００４】しかし、前記した方法において作製された
磁石シートの磁気吸着力は基材としてポリエチレンテレ
フタレート（ＰＥＴ）等のプラスチックフィルムを用い
たとしてもその厚みが１００μｍ程度になると、その重
さを充分支えるほど強くない。また、磁性層の厚さを薄
くしていくと磁性粉の単位面積当たりの含有量が少なく
なるため、充分な磁気吸着力が得られなくなるという問
題点があった。

【０００５】これを解決するためには磁性材として保磁
力および残留磁束密度の大きい、すなわち最大エネルギ
ー積（ＢＨ）maxの大きい材料が必要となり、具体的に
は、フェライト系磁石の場合には保磁力が特に大きいス
トロンチウムフェライト系磁性粉、希土類系磁石の場合
には、サマリウムコバルト系磁性粉（ＳｍＣｏ₅，Ｓｍ₂
Ｃｏ₁₇）、サマリウム鉄窒素系磁性粉（Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎ
x）、ネオジウム鉄ボロン系磁性粉（Ｎｄ₂Ｆｅ₁₄Ｂ）等
の磁性粉を使用していた。

【０００６】このような磁石シートを実用に供する場合
には、平板の上に約１ｍｍ〜４ｍｍピッチで導線を形成
した着磁装置を磁石シートに設置し、これに充電式オイ
ルコンデンサーを利用した電源から大電流のパル電流を
流して磁石シートを多極着磁する方法が用いられてい
た。

【０００７】特に高保磁力磁石を得る場合には、磁石シ
ートに形成された磁性層中の磁性粉が配向後固定化され
ているため、磁性粉の保磁力の３〜５倍もの外部磁場、
すなわち、通常１６００ｋＡ／ｍという大きな着磁磁界
が必要となり、着磁装置の導線にはパルス電流が数千Ａ
以上の大電流を要し、大がかりな着磁装置が必要となっ
ていた。さらに大電流による着磁ヨークの発熱と断線の
問題があり、着磁ヨークを複数台切り替えながら使用す
る必要がある等の連続生産上の問題があった。

【０００８】また、着磁ヨークの渦電流の影響で磁束が
磁石シートの内部に充分浸透せず、着磁が不完全になり
シートの厚さ方向全体に均一に着磁されないという問題
が生じたり、着磁ヨークを形成する導線は大電流を流す
ため太い導線を使用せざるを得ず、着磁ピッチも約１ｍ
ｍ程度が下限となり、薄膜磁石シートを１ｍｍ以下の高
密度の着磁ピッチで着磁させて磁気吸着力を向上させる
ことが困難であった。

【０００９】さらに、着磁ヨークに導線を使用すること
から、着磁パターンも任意の形状にすることは困難で、
磁気式エンコーダー等に使用することも困難であった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、高保磁力の磁性材料に着磁する場合であっ
ても、上記した従来方法による大容量、大電流の着磁装
置を用いることなく、簡便な装置で任意の着磁パターン
を形成させることができ、さらには磁気吸着力に優れる
磁石シートを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明等は、上記課題を
解決すべく鋭意検討を行った結果、本発明を完成させる
に至った。

【００１２】すなわち本発明は、基材上に、磁気異方性
を有する磁性粉と熱溶融性バインダー樹脂とを主成分と
する磁性塗料を塗布して磁性層を形成し、該磁性層を乾
燥した後、一定の外部磁界下で、局所的に熱エネルギー
を投与して投与部分の温度を昇温して熱溶融性バインダ
ー樹脂を軟化し、局所的に外部磁界方向に磁気異方性を
有する磁性粉の磁化容易軸を配向させた後、加熱部分を
冷却して該磁性粉の配向を固定化して着磁させたことを
特徴とする磁石シートを提供する。

【００１３】中でも、磁気異方性を有する磁性粉が、結
晶磁気異方性または形状磁気異方性により磁化容易軸を
有する磁性粉であることが好ましい。

【００１４】さらに、熱溶融性バインダー樹脂の軟化点
が５０゜Ｃから３００゜Ｃの範囲であることが好まし
い。

【００１５】また、本発明によれば、基材上に、磁気異
方性を有する磁性粉と熱溶融性バインダー樹脂とを主成
分とする磁性塗料を塗布して磁性層を形成し、該磁性層
を乾燥した後、一定の外部磁界下で、局所的に熱エネル
ギーを投与して投与部分の温度を昇温して熱溶融性バイ
ンダー樹脂を軟化し、局所的に外部磁界方向に磁気異方
性を有する磁性粉の磁化容易軸を配向させた後、加熱部
分を冷却して該磁性粉の配向を固定化して着磁させるこ
とを特徴とする磁石シートの製造方法が提供できる。

【００１６】以下、本発明をより詳細に説明する。本発
明に使用される基材には特に限定はなく公知慣用のもの
を使用できるが、一般的には、プラスチック、紙等が使
用される。すなわち、プラスチックフィルムやシートと
しては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエ
チレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニール
（ＰＶＣ）、その他高分子材料からなるフィルムやシー
トが使用でき、基材に紙を用いる場合には、シート状の
合成紙、木材パルプ紙、ラミネート紙等が使用できる。

【００１７】中でも磁性層との接着が比較的強固にでき
る上、耐久性が良好な点で、ＰＥＴやＰＶＣのフィルム
が好ましい。

【００１８】また、基材上に予めアンカーコート層や剥
離層等が形成されていても、本発明の実施に際しては何
ら問題はない。

【００１９】さらに、例えば磁気式ロータリーエンコー
ダー等の用途には、金属、セラミックス等の剛性基材上
に塗膜を形成した後、着磁することも可能である。

【００２０】磁気式ロータリーエンコーダー等に使用す
る場合の基材の厚みとしては特に制限はないが、磁石と
して使用する場合の基材の厚みとしては、磁気吸着力が
十分に得られる程度の厚みが好ましく、具体的には５μ
ｍ〜１ｍｍ程度のものが好ましい。

【００２１】本発明においては、基材上に、磁気異方性
を有する磁性粉と熱溶融性バインダー樹脂とを主成分と
する磁性層が設けられており、この磁性層の厚さとして
は、磁気式ロータリーエンコーダー等に使用する場合に
は１〜２００μｍの厚みが好ましく、磁石として使用す
る場合には、磁気吸着力が十分に得られる程度の厚みが
好ましく、具体的には１０〜２００μｍが好ましい。

【００２２】基材上に磁性層を設けるに当たっては、通
常、磁性塗料が使用される。

【００２３】磁性塗料の磁性粉としては、例えばバリウ
ムフェライト、ストロンチウムフェライト等の高保磁力
フェライト磁性粉、マンガンビスマス（ＭｎＢｉ）磁性
粉、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ₅，Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇）系
磁性粉、サマリウム鉄窒素（Ｓｍ₂Ｆｅ₁₇Ｎｘ）系磁性
粉、ネオジウム鉄ボロン（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）系磁性粉等
の公知の結晶磁気異方性の大きい磁性粉、あるいは針状
の鉄（Ｆｅ）、鉄コバルト（Ｆｅ−Ｃｏ）等の公知の形
状磁気異方性の大きい磁性粉、などの磁化容易軸を有す
る磁性粉が好適に使用される。

【００２４】熱溶融性バインダー樹脂としては、熱可塑
性樹脂や熱硬化性樹脂などの公知慣用のものがいずれも
使用できるが、例えば熱可塑性樹脂の場合には、エチレ
ン−アクリル酸共重合体、スチレン−アクリル共重合体
等のアクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン等のポリアルキレン系樹脂、ポリ塩
化ビニール系樹脂、ポリ酢酸ビニル、塩化ビニル−酢酸
ビニル共重合体、ＡＢＳ系樹脂、繊維素系樹脂等を使用
することができ、また、熱硬化性樹脂の場合には、フェ
ノール樹脂、アミノ樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリウ
レタン樹脂等を使用することができる。

【００２５】上述した磁性粉をバインダー樹脂ととも
に、必要に応じて分散剤、溶剤等を加えて、ペイントコ
ンディショナー、ヘンシェル、ボールミル、サンドミル
等の分散装置を用いて、数十分〜数時間分散させること
で、均一な磁性塗料が得られる。

【００２６】磁性塗料の塗工には、例えばバーコーター
やアプリケーター等を用いて手塗りで行うことも可能で
あるが、後述する実施例にあるような、塗工・乾燥後に
熱エネルギーの投与および磁界の印加を行うことを可能
とするために、回転ロール等を用いて一定の速度で基材
を送りながら、自動で塗工することが生産性の点から好
ましく、乾燥後の磁性層の膜厚が一定となる様に連続的
に磁性塗料を塗布するのが良い。この場合、塗工直後に
通常の磁場配向を行っていてもかまわない。

【００２７】プラスチックフィルムや紙等の基材上に、
磁性塗料を塗布し、溶剤を蒸散させて塗膜を乾燥した
後、基材の裏側に設置した永久磁石により塗膜面に対し
て垂直もしくはそれから傾斜した方向に磁界を印加して
おき、熱エネルギーを所定の面積に投与して投与部分の
バインダー樹脂を軟化させ、磁性粉の磁化容易軸を印加
磁界方向に配向させることで、着磁パターンが形成され
る。ここで、熱エネルギーの投与はバインダー樹脂の分
子間結合を緩和して軟化ないし溶融状態とし、磁性粒子
が外部磁界により向きを変えられる程度であればよい。

【００２８】熱溶融性バインダー樹脂の軟化点は、熱溶
融性バインダー樹脂が固定化しやすい温度以上であれば
良く、また、軟化ないし溶融状態とするために投与する
熱エネルギーが小さい方が経済的であるため、その軟化
点の範囲は５０゜Ｃから３００゜Ｃが特に好ましいので
ある。

【００２９】この熱エネルギーの投与方法としては、光
エネルギーを用いる方式と熱伝導体を接触させる伝熱方
式が適用できる。

【００３０】光エネルギー照射には、光源としてレーザ
ー光源、タングステン白熱ランプ、赤外線ランプ等を使
用することが出来る。光エネルギーは単一または複数の
レンズまたはレンズアレイを用いて単一または複数のス
ポットに集光させることが出来、ビームスポット形状は
スリットやプリズム等を用いて調節できる。

【００３１】通常の１〜４ｍｍ程度の着磁ピッチが大き
い場合には、一般の白熱ランプや赤外線ランプを用いて
熱エネルギーの投与を行っても良いが、小型部品用途に
高密度の着磁パターンを形成させるためには、レーザー
光のように可干渉性が非常に高く、波長スペクトルが非
常に狭いため、高エネルギーを微小スポットに集光でき
るので、特に好ましい。

【００３２】レーザー光源としては、例えば炭酸ガスレ
ーザー、ＹＡＧレーザー、固体レーザー、半導体レーザ
ー等が使用できるが、好ましくは簡便で経済的な半導体
レーザーが好ましい。

【００３３】特に、半導体レーザーはコンパクトである
上に、注入電流による光強度の高周波数での直接変調が
可能であるという長所がある。直接変調ができるため
に、光学音響素子や電気光学素子のような変調用素子が
不要なため、光学系全体をコンパクトにできるという利
点があるので、好適に使用できる。

【００３４】また、伝熱方式としては単純な熱コテまた
は面状発熱体、熱転写プリンターに用いられている各種
サーマルヘッド方式が適用出来る。

【００３５】本発明による磁石シートの製造方法によれ
ば、磁性層用の磁性塗料を塗布・乾燥し、その後磁界中
で熱エネルギーを投与して投与部分を溶融状態とするこ
とが可能なため、磁性粉自体の保磁力とほぼ同程度の外
部磁界を印加することで、簡単に磁性粉の磁化容易軸を
配向させることができる。

【００３６】本発明の磁石シートは、シート面に対して
垂直方向に磁化された微小領域が高密度で形成され、微
小磁石がシート面内に高密度で形成されたものと同等と
なる。したがって、シート面全体の平均の残留磁束密度
は、反磁界の低減効果により、シートを均一に磁化した
場合と比較して大きくなるため、磁気吸着に必要な磁界
が得られる。

【００３７】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
る。実施例中「部」は「質量部」を表す。

【００３８】（磁性塗料Ａの調整）ストロンチウムフェ
ライト磁性粉末（同和鉱業（株）社製、保磁力３２０ｋ
Ａ／ｍ）１００部、ポリエステル樹脂（大日本インキ化
学工業（株）社製、軟化点１６３゜Ｃ）４０部、レシチ
ン１部、メチルエチルケトン５０部、トルエン５０部を
ホモジナイザーで３０分撹拌後、ステンレスビーズを加
えて１時間ペイントコンディショナーを用いて分散させ
て、磁性塗料Ａを作製した。

【００３９】（磁性塗料Ｂの調整）Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁性
粉末（マグネクエンチ・インターナショナル社製ＭＱ
ＰｏｗｄｅｒＢ−ｔｙｐｅ、保磁力７１０ｋＡ／ｍ）
１００部、ポリエステル樹脂（ユニチカ（株）社製、Ｕ
Ｅ−３２００、軟化点１６５゜Ｃ）４０部、レシチン１
部、メチルエチルケトン４０部、トルエン４０部をホモ
ジナイザーで３０分撹拌後、ステンレスビーズを加えて
１時間ペイントコンディショナーを用いて分散させて、
磁性塗料Ｂを作製した。

【００４０】（実施例１）磁性塗料Ａをアプリケーター
ギャップ１００μｍのアプリケーターを用いて、基材上
に塗布した。基材には、厚み５０μｍ、幅１５０ｍｍ、
長さ２５０ｍｍの白色のポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）フィルムを用いた。

【００４１】塗工後は約２００ｋＡ／ｍの配向用磁石で
磁性粉を配向した後、赤外線乾燥器を用いて乾燥した。
乾燥後の磁性塗膜の厚さは３０μｍであった。

【００４２】次に、この乾燥塗膜を有するＰＥＴフィル
ムを幅６０ｍｍ、長さ１００ｍｍに切り出して、図１に
示したレーザー光照射装置のサンプルステージに設置し
た。図１で、１は半導体レーザーであり、ＳＯＮＹ
（株）社製ＳＬＤ３０３ＷＴ（波長８１０ｎｍ、最大出
力５００ｍＷ）を使用した。レーザー電源には、（株）
ケエテシステムサービス社製ＫＬＤＳ−８０５Ｍを用い
た。レーザー光のパルス照射条件は、有効最大パルス光
強度２５０ｍＷ、パルス周波数５Ｈｚに設定した。

【００４３】２及び３は円筒レンズ系であり、半導体レ
ーザー１より出射した光を磁性塗膜上に集光させるもの
である。このレンズ系の焦点距離は約３０ｍｍであり、
焦点位置では約１．２ｍｍ×５０μｍの矩形のスポット
が得られるようにした。

【００４４】塗膜サンプル４は、厚さ０．５ｍｍのアル
ミ製の中央精機（株）社製Ｘ・Ｙ軸ＤＣサーボステージ
５に設置され、照射位置はサンプルの中心からサンプル
幅方向（Ｙ軸）に１．２ｍｍずつ変えながら±２０ｍ
ｍ、長さ方向（Ｘ軸）に±３０ｍｍの距離を２ｍｍ／ｓ
ｅｃの速度で移動させた。

【００４５】６はサマリウムコバルト製永久磁石であ
り、最大約２４０ｋＡ／ｍの磁界を塗膜面に垂直に印可
できるように調整されている。

【００４６】このようにして、磁性塗膜にレーザー光を
照射し、着磁を行い、磁石シートａを得た。

【００４７】（実施例２）実施例１において、レーザー
光のパルス照射条件として、パルス周波数を８Ｈｚとし
た以外は、実施例１と同様にして磁石シートｂを得た。

【００４８】（実施例３）磁性塗料として、磁性塗料Ｂ
を使用した以外は、実施例１と同様にして、磁石シート
ｃを得た。

【００４９】（着磁パターンの測定）実施例１から３で
得られた磁石シートａ、ｂ、ｃから、着磁部分４０ｍｍ
×６０ｍｍをそれぞれ切り出して評価用サンプルとし、
（有）坂田製作所社製磁気カードリーダライタを用い、
磁気ヘッドには（株）サンエテック社製ＣＨ−ＮＥ３１
Ｓ３Ｈカードリーダ用磁気ヘッドを用いて、各サンプル
の着磁パターンを測定した。

【００５０】各磁石シートのサンプルを、送り速度１６
０ｍｍ／ｓｅｃで測定したときの着磁出力波形を図２〜
４に示す。ここで、縦軸は出力電圧（０．１Ｖ／ＤＩ
Ｖ）である。また横軸は時間（５ｍｓ／ＤＩＶ）である
が、この横軸の１ＤＩＶを長さに換算すると、（１６０
ｍｍ／ｓｅｃ）＊（５ｍｓｅｃ）＝０．８ｍｍとなる。

【００５１】磁石シートａのサンプルの着磁出力波形を
図２に示す。図２より着磁ピッチを読みとると、ピーク
とピークの間隔が約０．４４４ＤＩＶ、すなわち０．４
４４＊０．８＝０．３６ｍｍの着磁ピッチとなっている
ことがわかる。また、着磁出力波形の振幅はＰ−Ｐで４
００ｍＶあり、Ｓ／Ｎ的に実用上全く問題のない信号が
得られていることがわかる。

【００５２】磁石シートｂのサンプルの着磁出力波形を
図３に示す。図３より着磁ピッチを読みとると、ピーク
とピークの間隔が約０．３３３ＤＩＶ、すなわち０．３
３３＊０．８＝０．２７ｍｍの着磁ピッチとなっている
ことがわかる。また、着磁出力波形の振幅はＰ−Ｐで４
００ｍＶあり、Ｓ／Ｎ的に実用上全く問題のない信号が
得られていることがわかる。

【００５３】磁石シートｃのサンプルの着磁出力波形を
図４に示す。図４より着磁ピッチを読みとると、ピーク
とピークの間隔が約０．４４４ＤＩＶ、すなわち０．４
４４＊０．８＝０．３６ｍｍの着磁ピッチとなっている
ことがわかる。また、着磁出力波形の振幅はＰ−Ｐで６
００ｍＶあり、Ｓ／Ｎ的に実用上全く問題のない信号が
得られていることがわかる。

【００５４】（磁気吸着力の測定）次に、大きさ３０ｍ
ｍ×５０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのスチール板に、同サイ
ズに裁断した磁石シートａ、ｂ、ｃのそれぞれを吸着さ
せて上下に振ったところ、落下することはなかった。こ
のときの磁気吸着力を測定するために、東京精密（株）
社製ヘイドンを用いて、スチール板に平行な方向に磁石
シートを引っ張っり吸着力を測定した。この結果を表１
に示す。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【発明の効果】本発明による磁石シートは、塗工後の任
意の工程で任意の着磁パターンを高密度に形成させるこ
とができるため、磁気吸着力に優れる磁石シートを得る
ことができ、さらには、磁気式エンコーダーをはじめ、
マイクロマシーン用等の種々の薄膜磁気応用製品に適用
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁石シートを製造する１実施形態であ
るレーザー光照射着磁装置の模式図。

【図２】本発明の実施例１で得られた磁石シートの着磁
信号出力波形を示す写真。

【図３】本発明の実施例２で得られた磁石シートの着磁
信号出力波形を示す写真。

【図４】本発明の実施例３で得られた磁石シートの着磁
信号出力波形を示す写真。

【符号の説明】

１半導体レーザー２円筒レンズ３円筒レンズ４塗膜サンプル５Ｘ・Ｙ軸ＤＣサーボステージ６サマリウムコバルト製永久磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材上に、磁気異方性を有する磁性粉と
熱溶融性バインダー樹脂とを主成分とする磁性塗料を塗
布して磁性層を形成し、該磁性層を乾燥した後、一定の
外部磁界下で、局所的に熱エネルギーを投与して投与部
分の温度を昇温して熱溶融性バインダー樹脂を軟化し、
局所的に外部磁界方向に磁気異方性を有する磁性粉の磁
化容易軸を配向させた後、加熱部分を冷却して該磁性粉
の配向を固定化して着磁させたことを特徴とする磁石シ
ート。
【請求項２】磁性粉が、結晶磁気異方性または形状磁
気異方性により磁化容易軸を有する磁性粉であることを
特徴とする請求項１記載の磁石シート。
【請求項３】熱溶融性バインダー樹脂の軟化点が５０
゜Ｃから３００゜Ｃの範囲内であることを特徴とする請
求項１又は２に記載の磁石シート。
【請求項４】基材上に、磁気異方性を有する磁性粉と
熱溶融性バインダー樹脂とを主成分とする磁性塗料を塗
布して磁性層を形成し、該磁性層を乾燥した後、一定の
外部磁界下で、局所的に熱エネルギーを投与して投与部
分の温度を昇温して熱溶融性バインダー樹脂を軟化し、
局所的に外部磁界方向に磁気異方性を有する磁性粉の磁
化容易軸を配向させた後、加熱部分を冷却して該磁性粉
の配向を固定化して着磁させることを特徴とする磁石シ
ートの製造方法。