JP2002503027A

JP2002503027A - 磁性フィルム及びその製造方法

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Publication number: JP2002503027A
Application number: JP2000530918A
Authority: JP
Inventors: アントキン、ゼルガイ; フェルネンゲル、ヴィルヘルム; カッター、マチアス; ロ−デヴァルト、ヴェルナー; ヴァル、ボリス
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2002-01-29
Also published as: DE59904223D1; EP1053552B1; WO1999040592A1; US6464894B1; EP1053552A1

Abstract

(57)【要約】ポリマーマトリックス及びそこに分散された硬磁性粉末粒子から成る硬磁性フィルムに関する。このフィルムは１００〜５００μmの厚さを持ち、可撓性であると有利である。これらの磁性フィルムは鋳造法を使用して製造することができ、例えば小型モータの硬磁性の部品、有極継電器又はセンサとして適している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、特にモータに使用する或いはセンサ用途のポリマーをベースとする
硬磁性フィルム並びにその製造方法に関する。

【０００２】エレクトロニクス分野において進展する微細化のため、益々大量に小形又は扁
平なモータが必要になってきている。通常固定子又は回転子中に硬磁性の部品を
含むこれらのモータには、当然極めて扁平な磁性部品が必要となる。全く同様に
、例えば回転計測器又は位置計測器のような、磁気的原理で作動する小型継電器
又はセンサ用の、特に扁平な永久磁石に対し需要が増大している。加えてこれら
の磁石は、場合によってはなお磁化の終了後所望の形にする必要があり、加工中
又は作動中の破壊を排除するため、できるだけ可撓性でなければならない。

【０００３】しかし粉末状の金属又は非金属の磁気材料から成る永久磁石を製造するために
通常使用されている成形法では、例えば厚さ１００μmの薄くかつ高いエネルギ
ー密度を有する扁平な形態を経済的に製造することは不可能である。

【０００４】従って本発明の課題は、厚さが僅かで、可撓性の硬磁性材料並びにその経済的
な製造方法を提供することにある。

【０００５】本発明によれば、この課題は請求項１に記載のフィルム及び請求項９に記載の
その製造方法により解決される。

【０００６】鋳造技術を使用することにより、ポリマーマトリックス及びその中に分散され
た硬磁性粉末から成る、坦体なしの硬磁性フィルムを製造できることが見い出さ
れている。ここで「坦体なしの」と言う表現は、例えば磁気テープ又は「フロッ
ピーディスク」として公知のフィルムのように完成フィルムが、非磁性の坦体及
び磁化可能の被覆を片面又は両面に施されているフィルムからできておらず、単
独の連続した磁性もしくは磁化可能の層から成るものを意味する。その際、この
硬磁性粉末は平均粒径１００μm以下、特に２０μm以下のものが有利である。

【０００７】本発明によるフィルムは５０〜２０００μmの厚さ、特に１００〜５００μmの
厚さのものが好ましい。

【０００８】本発明による磁性フィルムの硬磁性粉末の体積比は必要に応じて調整すること
ができる。この比率は少なくとも５０％、特に少なくとも６０％であると有利で
ある。ポリマーの比率を、ポリマーが実際に粉末粒子のほぼ密な充填の空所だけ
を満たすような僅かな比率にしてもよい。

【０００９】硬磁性粉末として本発明のフィルムは、単数又は複数の希土類の合金を含んで
いると有利である。しかし同様に、例えばＡｌ−Ｎｉ−Ｃｏ合金又はＣｒ−Ｆｅ
−Ｃｏ合金又はフェライトのような他の硬磁性材料を使用することも本発明の枠
内にある。

【００１０】一般式ＳＥＣｏ₅、（ＳＥ）₂（Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｒ）₁₇又は（ＳＥ）₂Ｆ
ｅ₁₄Ｂにより表すことのできる希土類の合金が特に有利である。この場合ＳＥは
イットリウムＹ、ランタンＬａ、セリウムＣｅ、プラセオジムＰｒ、ネオジムＮ
ｄ、サマリウムＳｍ、ユウロピウムＥｕ、ガドリニウムＧｄ、テルビウムＴｂ、
ジスプロシウムＤｙ、ホルミウムＨｏ、エルビウムＥｒ、ツリウムＴｍ、イッテ
ルビウムＹｂ及びルテチウムＬｕから成る群からの元素又は複数のこれらの元素
の混合物を意味する。Ｓｍ₂（Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｒ）₁₇及び（Ｐｒ、Ｎｄ、
Ｄｙ）Ｆｅ₁₄Ｂの組成は特に有利である。これらの形の合金は、例えばバクーム
シュメルツェゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング社の商
品名「ＶＡＣＯＭＡＸ」及び「ＶＡＣＯＤＹＭ」もしくはマグネクヴェンチ（Ｍ
ａｇｎｅｑｕｅｎｃｈ）Ｉｎｃ．社の商品名「ＭＡＧＮＥＱＵＥＮＣＨ」の材料
から製造することができる。

【００１１】ポリマーマトリックスは原則としてそれぞれ揮発性溶媒に可溶であるか、又は
分散可能のポリマーから成っていてもよい。しかし適した方法で薄い層の形で得
られる低粘度のモノマー又はオリゴマーから得られるポリマーも使用することが
できる。それらの場合には、製造時に場合によっては溶媒の使用を省略すること
ができる。好ましくは可溶性の熱可塑性物質、特に可溶性のポリフッ化ビニリデ
ンが使用される。しかし例えば一成分のポリウレタン分散物のような熱可塑性で
はない物質も使用することができる。

【００１２】これらの硬磁性粉末粒子は不規則に（即ち等方的に）に配置されても、或いは
それらが固有の異方性を有しているときは、場合により配向されてもよい。それ
らはフィルムの表面に平行又は垂直に配向されていると有利である。

【００１３】本発明による磁性フィルムの残留磁化は硬磁性粉末粒子の種類及び充填密度に
より求められ、０．２〜０．８テスラであると有利である。

【００１４】本発明による磁性フィルムは例えば、（ｉ）硬磁性材料から成る粉末を溶液中
に、或いは高分子材料を揮発性溶媒中に分散させ、（ｉｉ）こうして得られた分
散物を一定の厚さのフィルムとして循環する鋳込みベルト上に鋳込み、（ｉｉｉ
）溶媒を蒸発させ、（ｉｖ）こうして形成されたフィルムを鋳込みベルトから剥
離することにより製造することができる。このフィルムの磁化は溶媒の蒸発後或
いは後の時点（例えば実装後）に行うこともでき、その際磁気粒子をポリマーマ
トリックス中に結合した結果として、等方性の磁性フィルムが得られる。

【００１５】本発明方法の有利な実施形態では、硬磁性粉末粒子の配向は、鋳込み工程とフ
ィルムの剥離工程の間に外部の磁場により行われる。

【００１６】鋳造されたフィルムが硬化する前に配向を行うと特に有利である。この場合異
方性物質から成る粒子を、異方性の磁性フィルムが得られるように、外部の磁場
内で配向させてもよい。

【００１７】この磁化及び場合によって配向は、脈動する磁場により行うと有利である。そ
れにより電磁石を使って強い電磁場を僅かなエネルギーの消費で獲得できる。特
に容易に配向可能の硬磁性粉末粒子は、適宜な永久磁石のヨークの空隙内でも配
向することができる。

【００１８】硬磁性粉末としては希土類の合金を使用するのが好ましい。

【００１９】一般式ＳＥＣｏ₅、（ＳＥ）₂（Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｒ）₁₇又は（ＳＥ）₂Ｆ
ｅ₁₄Ｂ（式中ＳＥはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄ
ｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ又はＬｕの単数又は複数の元素を表す）の希土類の
合金が特に有利である。

【００２０】高分子材料としては可溶性のポリフッ化ビニリデン（−コポリマー）を使用す
るのが好ましい。

【００２１】可溶性のポリフッ化ビニリデン（−コポリマー）に有利な揮発性溶媒はアセト
ンである。

【００２２】循環する鋳込みベルトはつや消しの特殊鋼でできていると有利である。

【００２３】本発明による磁性フィルムを製造する設備を図１に示す。この固有の鋳造設備
は、鋳込み溶液もしくは鋳込み分散物用の攪拌装置を有する、温度調節の可能な
貯蔵タンク１、調整可能の搬送ポンプ２、凝集物を分離するための濾過装置３及
び鋳込み器４を含んでいる。鋳込み溶液もしくは鋳込み分散物はローラ６、７上
を循環し、間接的に加熱素子８により加熱されるエンドレスの鋳込みベルト５上
に鋳込まれる。この鋳込みベルトは速度調整駆動装置１６を備えるローラを介し
て駆動される。冷却装置９は、場合によっては磁性フィルム１１を鋳込みベルト
から除去装置１０により剥離する前に冷却する。残留する溶媒残分を除去するた
め、場合によっては磁性フィルムをリール心軸１３上に巻き付ける前に、乾燥区
間１２内で後乾燥を行ってもよく、その際フィルムは好ましくは搬送軌道１４に
より支えられる。この搬送軌道１４は場合によっては分離フィルムの役目も兼ね
、磁性フィルムと共に巻き上げられる（図示せず）。フィルムを磁化するため、
電磁石又は永久磁石のヨーク１７は僅かな間隔で鋳込みベルトの上方にもたらさ
れる。この鋳込み及び乾燥設備全体は、熱の損失を減らし、吸引及び濾過設備と
共に溶媒の蒸発により製造空間が汚染されるのを阻止する容器１５により囲まれ
ていると有利である。搬送ポンプ２としては例えば歯車ポンプ又はホースポンプ
を使用してもよい。

【００２４】鋳込み器４は鋳込み溶液を搬送ポンプ２により高めた圧力で直接鋳込み路に案
内するダイカスト機としても、また単独で、静水圧で作動する開放型の剥離式鋳
込み注器としても形成可能である。両者の場合ポンプの出力を相応しく調整する
ことで、圧力もしくは充填レベルを一定に保持すると有利である。フィルムの厚
さは主として鋳込み器４と鋳込みベルト５との鋳込み路の幅により決定される。

【００２５】加熱装置８は熱を輻射熱として供給すると有利である。乾燥プロセスを補助す
るため、また溶媒の蒸気を搬出するため、温めた空気を供給すると有利である。
更にこの熱を例えば加熱したローラを介して鋳込みベルト上に搬送し、或いはベ
ルトを直接通電により或いは誘導により加熱してもよい。さらには、鋳造フィル
ムをマイクロ波のエネルギーにより加熱してもよい。

【００２６】鋳込みベルトから剥離する前に磁性フィルムの強度を高めるため、このフィル
ムを冷却すると有利である。この目的で鋳造設備に単数又は複数の冷却用設備９
を備えてもよい。それらは例えば、冷却が間接的に行われるように鋳込みベルト
５を案内する回転筒又はローラとして形成してもよい。他方、例えば冷たい空気
又は他の冷媒を吹き付けるため、適宜に配置したノズルの形で直接フィルムを冷
却する設備であってもよい。もちろん両方の措置を合わせることも可能である。

【００２７】本発明による磁性フィルムは引っ張り強さが比較的弱いため、剥がし装置１０
は、過剰な張力がフィルムに加わらないように、フィルムを不所望に引伸ばし又
は全く引きちぎらないように形成すると有利である。剥離装置が、制御された引
っ張り応力をフィルム上に加え、１５°〜４５°の剥離角度が生じるように有利
に配置されている、ローラ又はローラ対から成ると有利である。或いは巻き上げ
装置１３の代わりに、フィルムを弓形の積層体として保管するために切断及び積
層装置を備えてもよい。

【００２８】次の実施例により、本発明の磁性フィルムの製造及び特性を明らかにする。

【００２９】例１アセトンに、８．７部の可溶性のポリフッ化ビニリデン−コポリマー（商品名
「ＳＯＬＥＦ」２１５０８／１００１、製造元：ソルベイ・クンストストッフ（
ＳｏｌｖｅｙＫｕｎｓｔｓｔｏｆｆｅ）社）、１．４部の網状化剤（商品名「Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ」１８０、製造元：ビク・ヘミー（ＢｙｋＣｈｅｍｉｅ）社）及び８９．９部のＳｍ₂（Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｚｒ）₁₇の磁気粉末（商品名
「ＶＡＣＯＭＡＸ２４０」、製造元：バクームシュメルツェ（Ｖａｃｕｕｍｓｃｈ
ｍｅｌｚｅＧｍｂＨ）社）を溶解もしくは分散させる。この磁気粉末をジェッ
トミルを用い窒素雰囲気中で粉砕し、過大粒子を除去するため、８０μmフィルタで濾過した。濾過分析によれば、２５μm以下の粒子を６０重量％及び４０μ
m以上の粒子を１．８重量％含んでいた。平均粒径１０μmを目標に設定した。こ
うして得られた鋳込み溶液の固体の全体量は７８．３重量％となり、磁気粉末の体積比は乾燥後約６３％であった。先に記載した鋳造設備で、厚さ１２０〜１
４０μmのフィルムが製造された。こうして得られたフィルムは２．９〜３．３
ｇ／ｃｍ³の密度であった。更に鋳込み路の間隔及び磁気粉末含有量の変動によ
り、２２０〜２３０μmの厚さ及び２３０〜２３５μmの厚さのフィルムが、３．
６〜３．７ｇ／ｃｍ³もしくは４．０〜４．１ｇ／ｃｍ³の密度で製造された。これらのフィルムは、１０．６ｋＯｅの抗磁力の下で０．２〜０．２９Ｔの残留磁化を有していた。この例によるフィルムの減磁曲線は図２に示されている。

【００３０】例２例１に記載したようにしてフィルムを製造したが、Ｓｍ₂（Ｃｏ、Ｃｕ、Ｆｅ、
Ｚｒ）₁₇の磁気粉末の代わりにＮｄＦｅＢの磁気粉末を使用した。こうして得ら
れた磁性フィルムは３１５μmの厚さ、４．１１ｇ／ｃｍ³の密度及び１１．４ｋ
Ｏｅの抗磁力の下で０．３５Ｔの残留磁化を有していた。このフィルムの減磁曲
線は図３に示されている。

【００３１】例３例２のようにしてフィルムを製造したが、商品名「ＭＡＧＮＥＱＵＥＮＣＨ」−Ｍ
ＱＰ−Ｔタイプの異方性のＮｄＦｅＢ磁気粉末を使用し、このフィルムを０．５
分の乾燥時間の後、未だ硬化していないフィルムの粉末粒子が配向されるよう、
表面に平行に２．４〜２．９ｋＯｅの磁場に曝した。完成した異方性のフィルム
は３３３μmの厚さ、４．０ｇ／ｃｍ³の密度、表面に平行に０．５０５Ｔの残留
磁化及び１１．５ｋＯｅの抗磁力を有した。このフィルムの減磁曲線は図４に示
されている。

【００３２】例４例１と同様に（磁気粉末：商品名「ＶＡＣＯＭＡＸ」２４０を使用して）フィルム
製造したが、このフィルムを０．５分の乾燥時間の後、異方性粉末粒子の配向の
ため、表面に対し平行な、脈動する外部磁場に曝した。この磁場の強度を１５ｋ
Ｏｅ（１２ｋＡ／ｃｍ）〜４５ｋＯｅ（３６ｋＡ／ｃｍ）の間で変動させた。こ
うして得られた異方性の磁性フィルムの減磁曲線は、相応する等方性の磁性フィ
ルムの減磁曲線と共に図５に示されている。等方性フィルムで、０．２６Ｔの表
面に平行な残留磁化が４５ｋＯｅでの配向後０．４６Ｔ迄上昇したことを示して
いる。１５ｋＯｅ、２０ｋＯｅ及び３０ｋＯｅで配向した後の対応する値は、０
．３７Ｔ、０．４１Ｔ及び０．４３Ｔであった。粉末粒子を磁場の脈動を使用し
てフィルム表面に平行に配向することにより、等方性の磁性フィルムで０．５の
配向度ｆ０は０．９５迄改善された。抗磁力はこの改善された配向により、等方性の磁性フィルムにおける１１．５ｋＯｅから、異方性の磁性フィルムにおけ
る約９ｋＯｅに減少した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁性フィルムの鋳造設備の図。

【図２】フィルムの厚さによる磁場の強さＨの変動を示すグラフ図。

【図３】例２による磁性フィルムの減磁曲線を示すグラフ図。

【図４】例３による磁性フィルムの減磁曲線を示すグラフ図。

【図５】例４による異方性の磁性フィルムで磁場の強度により変化する減磁曲線を等方
性のフィルムの減磁曲線と共に示すグラフ図。

【符号の説明】

１貯蔵タンク２搬送ポンプ３濾過装置４鋳込み器５鋳込みベルト６、７ローラ８加熱素子９冷却装置１０剥離装置１１磁性フィルム１２乾燥区間１３リール心軸（巻き上げ装置）１４搬送軌道１５容器１６速度調整駆動装置１７永久磁石ヨーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者アントキン、ゼルガイドイツ連邦共和国デー‐79279 フェールシュッテテンウーツェンガッセ 10 (72)発明者フェルネンゲル、ヴィルヘルムドイツ連邦共和国デー‐63801 クラインオストハイムエッセナーシュトラーセ５ (72)発明者カッター、マチアスドイツ連邦共和国デー‐63755 アルツェナウアムボルヒグラーベン８ (72)発明者ロ−デヴァルト、ヴェルナードイツ連邦共和国デー‐63584 グリュンダウパルクシュトラーセ４ (72)発明者ヴァル、ボリスドイツ連邦共和国デー‐63505 ランゲンゼルボルトバーンシュトラーセ７Ｆターム(参考） 5E040 AA06 AA07 AA08 BB03 CA01 HB06 HB19 NN01 NN15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリマーマトリックス及びその中に分散された平均粒径１０
０μm以下、特に２０μm以下の硬磁性粉末から成る坦体なしの硬磁性フィルム。
【請求項２】５０〜２０００μm、特に１００〜５００μmの厚さを特徴と
する請求項１記載の磁性フィルム。
【請求項３】硬磁性粉末の体積比が少なくとも５０％であることを特徴と
する請求項１又は２に記載の磁性フィルム。
【請求項４】フィルムが硬磁性粉末として少なくとも１つの希土類の合金
を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の磁性フィルム。
【請求項５】フィルムが希土類の合金として一般式ＳＥＣｏ₅、（ＳＥ）₂ （Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｒ）₁₇又は（ＳＥ）₂Ｆｅ₁₄Ｂ（式中ＳＥはＹ、Ｌａ、
Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ又
はＬｕの単数又は複数の元素を表す）の合金を含むことを特徴とする請求項４記
載の方法。
【請求項６】ポリマーマトリックスが主として可溶性のポリフッ化ビニリ
デンから成ることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１つに記載の磁性フィル
ム。
【請求項７】硬磁性粉末粒子がフィルム表面に平行又は垂直に配向されて
いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の磁性金属フィルム
。
【請求項８】フィルムが０．２〜０．８Ｔの残留磁化を有することを特徴
とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の磁性フィルム。
【請求項９】少なくとも以下の工程、即ち（ｉ）平均粒径１００μm以下、特に２０μm以下の硬磁性粉末を溶液中或いは揮
発性溶媒中の高分子材料の分散溶液中に分散させ、（ｉｉ）硬磁性粉末の分散物を一定の厚みのフィルムとして循環する鋳込みベル
ト上に鋳込み、（ｉｉｉ）溶媒を蒸発させ、（ｉｖ）こうして形成されたフィルムを鋳込みベルトから剥離する各工程を特徴とする請求項１記載の硬磁性フィルムの製造方法。
【請求項１０】鋳込み工程（ｉｉ）とフィルムの剥離工程（ｉｖ）との間
に、硬磁性粉末粒子を外部の磁場により磁化及び配向することを特徴とする請求
項９記載の方法。
【請求項１１】鋳込んだフィルムが硬化する前に、磁化及び配向を行うこ
とを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】外部の磁場を脈動させることを特徴とする請求項１０又は
１１に記載の方法。
【請求項１３】外部の磁場を永久磁石のヨークにより形成することを特徴
とする請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１４】硬磁性粉末として希土類の合金を使用することを特徴とす
る請求項９乃至１３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】希土類合金として一般式ＳＥＣｏ₅、（ＳＥ）₂（Ｃｏ、Ｆ
ｅ、Ｃｕ、Ｚｒ）₁₇又は（ＳＥ）₂Ｆｅ₁₄Ｂ（式中ＳＥはＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ
、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ又はＬｕの単
数又は複数の元素を表す）の合金を使用することを特徴とする請求項９乃至１４
のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】高分子材料として可溶性ポリフッ化ビニリデンを使用する
ことを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】揮発性溶媒としてアセトンを使用することを特徴とする請
求項１６のいずれか１つに記載の方法。