JP2011119621A - 着磁装置及び着磁ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ネオジム磁石本来の性能を以って多極着磁を実現する、着磁装置とこれに使用する着磁ヘッドを提供する。
【解決手段】ネオジム金属片に極めて強力な飽和着磁の多極着磁を実現するために、着磁ヘッドは多極構成にして、ギャップはコイル線の太さよりも細く形成した。そして、着磁ヘッドを移動させるリニアアクチュエータは、着磁の際には停止すると共に、ネオジム金属片上の一つの着磁パターンをヨークの着磁面が複数回対面して着磁処理するように、リニアアクチュエータの移動ステップを構成した。以上のように着磁ヘッド及び着磁台のリニアアクチュエータを構成することで、ネオジム金属片へ多極着磁を実現する着磁装置を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、着磁装置及びこれに使用する着磁ヘッドに関する。
より詳細には、長大なネオジム磁石に等間隔の多極着磁を施す着磁装置に関する。

多くの電子機器の製造現場では、高性能化及び小型化に伴い、これまでより強力な磁石を求める傾向が強まっている。
特に、周知のハードディスク装置等で使用されるネオジム磁石は、極めて強力な磁力を提供することで、高性能なデバイスを実現するための重要な要素となっている。

特開２００２−３１９５０７号公報 特開２００６−１７３４４７号公報

これまでのフェライト系の磁石等とは異なり、ネオジム磁石は、製造時の着磁工程で極めて強力な磁力を与える必要がある。このため、従来のネオジム磁石に対する着磁の手法は、着磁ヨークをネオジム金属片に固定して、静止した状態で着磁させる手法しか存在しなかった。
例えば本出願人による従来技術の多極着磁装置である特許文献１のような、フェライト磁石等の多極着磁を実現する装置は、磁性体と着磁ヨークとの間に相対的な移動が生じるので、この技術をネオジム磁石の着磁に使用しても、ネオジム磁石として十分な性能を実現できなかった。

本発明は係る課題を解決し、ネオジム磁石本来の性能を以って多極着磁を実現する、着磁装置とこれに使用する着磁ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の着磁装置は、永久磁石材料が載置される固定台と、均等な形状の着磁面を長手方向に四個以上備えて永久磁石材料に着磁のための磁気を発する着磁ヘッドと、着磁ヘッドに着磁電流を供給する着磁器と、着磁ヘッドが搭載され、着磁面が同一箇所に複数回対面するように着磁ヘッドを永久磁石材料の長手方向に移動させると共に、着磁の際には着磁ヘッドの移動を停止するリニアアクチュエータと、リニアアクチュエータが移動するときは着磁を禁止し、着磁ヘッドが着磁を実施する時はリニアアクチュエータの移動を禁止する制御部とを具備する。

また、上記課題を解決するために、本発明の着磁ヘッドは、永久磁石材料に近接して着磁のための磁気を発する第一の着磁面と、第一の着磁面と所定の距離である第一のギャップと、第一のギャップと隣接して形成される第一のギャップより広い幅の第一の穴を介して隣接し、第一の着磁面が発する磁極と逆の磁極の磁気を発する第二の着磁面と、第二の着磁面と第一のギャップと等しい距離である第二のギャップと、第二のギャップと隣接して形成される第二のギャップより広い幅の第二の穴を介して隣接し、第二の着磁面が発する磁極と逆の磁極の磁気を発する第三の着磁面とを備えるヨークと、第一の穴と第二の穴に通過するコイル線とよりなる。

永久磁石材料に極めて強力な飽和着磁の多極着磁を実現するために、着磁ヘッドは多極構成にして、ギャップはコイル線の太さよりも細く形成した。そして、着磁ヘッドを移動させるリニアアクチュエータは、着磁の際には停止すると共に、永久磁石材料上の一つの着磁パターンをヨークの着磁面が複数回対面して着磁処理するように、リニアアクチュエータの移動ステップを構成した。

本発明により、ネオジム磁石本来の性能を以って多極着磁を実現する、着磁装置とこれに使用する着磁ヘッドを提供できる。

着磁装置を横から見た外観図である。 定盤の上面図と、定盤の上面の一部拡大図と、定盤を横から見た図である。 着磁ヘッドの外観斜視図である。 ヨーク片の上面図と、ヨークの斜視図である。 ヨークにコイル線を通した状態を示す斜視図である。 ヨークにコイル線を通す有り様を示す上面概略図と、ヨークにコイル線を通す有り様を示す横面概略図である。 着磁ヘッドがネオジム金属片を移動して着磁する手順を示す概略図である。 着磁装置の機能を示すブロック図である。 制御部の機能ブロック図である。 制御部のタイムチャートである。

図１は着磁装置を横から見た外観図である。着磁装置１０１は、永久磁石材料である長大なネオジム金属片を載置して着磁を実施する着磁台１０２と、着磁のための高電圧直流電流を生じる着磁器１０３よりなる。
着磁台１０２は、スチール製のシャーシ１０４に、横方向に長い石材の定盤１０５と、この定盤１０５の上に平行なレール１０６が設けられている。更に、レール１０６を横方向に移動可能なリニアアクチュエータ１０７が設けられている。
リニアアクチュエータ１０７の定盤１０５に対面する箇所には、ネオジム金属片に着磁を行うための着磁ヘッド１０８が設けられている。また、リニアアクチュエータ１０７にはレール１０６上を横方向に移動するためのモータ１０９が内蔵されている。

定盤１０５の下にはポンプ１１０が設けられている。ポンプ１１０はパイプ１１１を通じて定盤１０５に接続されており、定盤１０５のネオジム金属片が載置される載置面１０５ａに設けられている図示しない穴から空気を吸引する。つまり、バキューム吸着を行って、定盤１０５の載置面１０５ａにネオジム金属片を固定する。

着磁器１０３は、予めインバータで高電圧の交流を発生させて、これをダイオード整流して、大容量コンデンサを充電しておく。そして、着磁コイルに大容量コンデンサを接続して、パルス状の高電圧大電流を流す。
着磁器１０３の詳細は例えば本出願人による特許文献２等で周知であり、本実施形態では着磁器１０３は従来技術と等しいので、詳細は割愛する。

図２（ａ）は定盤１０５の上面図であり、図２（ｂ）は定盤１０５の上面の一部拡大図であり、図２（ｃ）は定盤１０５を横から見た図である。定盤１０５の上面とは、載置面１０５ａである。
定盤１０５の、ネオジム金属片が載置される載置面１０５ａには、図２（ａ）では図示していないが、図２（ｃ）で示されるように、微細な吸着穴２０２が多数開けられている。吸着穴２０２はポンプ１１０に接続され、ポンプ１１０が空気を吸いだすことで、吸着穴２０２上に載置された物体を吸着する。
定盤１０５の載置面１０５ａの、ネオジム金属片２０３のすぐ隣には、リニアスケール２０４が設けられている。
このリニアスケール２０４を拡大した図が図２（ｂ）である。細かいマーカ２０４ａが等間隔で設けられている。このマーカ２０４ａは赤外線を吸収する塗料が塗られており、リニアアクチュエータ１０７から後述する赤外線ＬＥＤを照射して、その反射光をフォトトランジスタで検出することで、リニアスケール２０４が移動する際に、移動量に応じたパルスを得ることができる。

リニアスケール２０４のマーカ２０４ａの間隔は、後述するヨーク３０２の着磁面同士の間隔と、整数比の関係である。つまり、マーカ２０４ａの間隔を整数倍すると、ヨーク３０２の着磁面同士の間隔と等しくなる。
マーカ２０４ａの間隔は、着磁ヘッド１０８がネオジム金属片２０３上に正確な位置で着磁処理をするために、高い分解能を実現するよう、ヨーク３０２の着磁面同士の間隔に対して１００〜１０００倍の比率で構成される。
なお、着磁装置１０１はネオジム金属片２０３上に形成する多極着磁パターンの間隔が顧客の要求仕様によって変わる場合、着磁ヘッド１０８のヨーク３０２の着磁面同士の間隔等を変更して作成すると共に、後述する制御部内のカウンタの値を変更する。

図３は着磁ヘッド１０８の外観斜視図である。
着磁ヘッド１０８は、図示しないコイルが巻きつけられたヨーク３０２をモールド樹脂３０３でモールドした後、強磁性体のシールドケース３０４に封入することで形成される。
図３を見て判るように、ヨーク３０２は６極設けられている。

図４（ａ）はヨーク片の上面図であり、図４（ｂ）はヨーク３０２の斜視図である。
ヨーク片４０２は、１．５ｍｍ厚の珪素鋼板を切削加工して、図４（ａ）のような形状に形成される。
ヨーク片４０２の、ネオジム金属片２０３に近接する磁極面側４０２ａには、コイル線を通す穴４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄ、４０２ｅ及び４０２ｆが設けられている。
ヨーク３０２は、ヨーク片４０２を多数積層することで形成される。

穴４０２ｂと穴４０２ｆは、コイル線が１本だけ通るため、円形の穴である。
穴４０２ｃ、穴４０２ｄ及び穴４０２ｅは、コイル線が２本通るため、穴４０２ｂや穴４０２ｆが二つ分並んだ形状の穴である。

図５は、ヨーク３０２にコイル線を通した状態を示す斜視図である。
図６（ａ）は、ヨーク３０２にコイル線５０２を通す有り様を示す上面概略図であり、図６（ｂ）は、ヨーク３０２にコイル線５０２を通す有り様を示す横面概略図である。
本実施形態の着磁装置１０１では、１５００Ｖで２０ＫＡという大電流を流すため、コイル線５０２は３ｍｍ径と、必然的に太くなる。
このコイル線５０２の径に比べて、ヨーク３０２の着磁面は、ネオジム金属片２０３に十分な磁力を与える関係上、面積を広く取らなければならない。このため、コイル線５０２を通す穴４０２ｂ、４０２ｃ、４０２ｄ、４０２ｅ及び４０２ｆは中空形状になり、着磁面に形成される磁極同士のギャップＧ６０３ａ、Ｇ６０３ｂ、Ｇ６０３ｃ、Ｇ６０３ｄ及びＧ６０３ｅは、コイル線５０２よりも細く形成する必要がある。

図６（ａ）を見ると判るように、ヨーク３０２の着磁面６０２ａはコイル線５０２が片側面のみ巻き回されている。
着磁面６０２ｂはコイル線５０２が片側面一重で片側面二重にて、巻き回されている。
着磁面６０２ｃはコイル線５０２が両側面二重にて、巻き回されている。
着磁面６０２ｄはコイル線５０２が両側面二重にて、巻き回されている。
着磁面６０２ｅはコイル線５０２が片側面二重で片側面一重にて、巻き回されている。
着磁面６０２ｆはコイル線５０２が片側面のみ巻き回されている。
つまり、コイル線５０２から発生する磁力は、両脇のヨーク３０２から中心のヨーク３０２に向かって段階的に強くなる。

図７は着磁ヘッド１０８がネオジム金属片２０３を移動して着磁する手順を示す概略図である。
ある時刻ｔ１において、着磁ヘッド１０８がネオジム金属片２０３上に停止した状態で、着磁ヘッド１０８に所定の電流が流れて、６極の着磁が行われる。
次に、着磁ヘッド１０８はネオジム金属片２０３上を、磁極の間隔にして２極分の距離だけ移動する。
そして、時刻ｔ２において、着磁ヘッド１０８がネオジム金属片２０３上に停止した状態で、着磁ヘッド１０８に所定の電流が流れて、６極の着磁が行われる。このとき、時刻ｔ１で着磁した磁極のうち、４極分が重複して着磁される。
次に、着磁ヘッド１０８はネオジム金属片２０３上を、磁極の間隔にして２極分の距離だけ移動する。
そして、時刻ｔ３において、着磁ヘッド１０８がネオジム金属片２０３上に停止した状態で、着磁ヘッド１０８に所定の電流が流れて、６極の着磁が行われる。このとき、時刻ｔ２で着磁した磁極のうち、４極分が重複して着磁されると共に、時刻ｔ１で着磁した磁極のうち、２極分が重複して着磁される。
このように、着磁ヘッド１０８は２極ずつ移動して、重複した着磁処理を遂行する。

図７で説明したように、本実施形態の着磁装置１０１は、着磁をする際に着磁ヘッド１０８がネオジム金属片２０３上で停止して着磁処理が行われる。着磁処理が終了した後、着磁ヘッド１０８は２極分の距離を移動する。つまり、着磁ヘッド１０８は移動と着磁とを交互に繰り返す。
従来技術の多極着磁装置では、着磁する対象の強磁性体の、飽和着磁に必要な磁力が小さかったので、着磁処理の際に着磁ヘッド１０８を停止しなくてもよかった。また、着磁の際に着磁ヘッド１０８の磁極面が着磁する対象の強磁性体上を移動する距離を考慮して小さく設計してもよかった。
しかし、ネオジムの場合は飽和着磁に必要な磁力が非常に大きいので、一度の着磁処理では飽和着磁が完遂できない。このため、着磁ヘッド１０８に複数の磁極を形成する必要がある。更に、強力な磁力を与えるために、着磁ヘッド１０８の磁極とネオジム金属片２０３上に形成する磁極との面積を一致させる必要がある。
以上の理由により、着磁の際に着磁ヘッド１０８を止める必要がある。また、磁極の面積を大きくするために、磁極間のギャップはコイル線５０２が通らない位細く形成する必要がある。

図８は、着磁装置１０１の機能を示すブロック図である。
レール１０６上を移動するリニアアクチュエータ１０７には、レール１０６上を移動するためのモータ１０９と、リニアスケール２０４を読み取るための赤外線ＬＥＤ８０２とフォトトランジスタ８０３と、着磁ヘッド１０８が設けられている。そして、フォトトランジスタ８０３の出力信号を受け、モータ１０９と着磁ヘッド１０８に接続される着磁器１０３内のリレー８０４をオン・オフ制御する制御部８０５も設けられている。

図９は制御部８０５の機能ブロック図である。
フォトトランジスタ８０３から得られる信号は、カウンタ９０２に入力される。カウンタ９０２は予め設定された値を計数すると、出力信号が論理の偽から真に転換する。
カウンタ９０２の出力信号はタイマ９０３に入力される。タイマ９０３は着磁ヘッド１０８に接続されるリレー８０４のオン時間を計時する。タイマ９０３の出力信号は半導体リレー９０４に接続され、リレー８０４のオン・オフ制御信号となる。
一方、タイマ９０３の出力信号はＮＯＴゲート９０５で反転されて、モータドライバ９０６に入力される。モータドライバ９０６はモータ１０９を駆動する電流をモータ１０９に与える。
ＮＯＴゲート９０５の信号はモノマルチ９０７で所定の幅のパルスに変換された上で、カウンタ９０２のリセット端子に入力される。

図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は制御部８０５のタイムチャートである。図１０（ａ）はフォトトランジスタ８０３がリニアスケール２０４を読み取った際の信号である。図１０（ｂ）はカウンタ９０２の信号である。図１０（ｃ）はタイマ９０３の信号である。１０（ｃ）はモノマルチ９０７の信号である。
図１０（ａ）に示す、フォトトランジスタ８０３がリニアスケール２０４を読み取ったパルスは、カウンタ９０２が既定の数だけ計数すると、図１０（ｂ）に示すように論理が偽から真に転換する。そして、図１０（ｃ）に示すようにカウンタ９０２のアップエッジがタイマ９０３を起動する。
タイマ９０３が既定の時間の計時を終了すると、論理が真から偽に転換する。その際のダウンエッジがＮＯＴゲート９０５で反転され、アップエッジとなる。このアップエッジは図１０（ｄ）に示すようにモノマルチ９０７を起動する。そして、モノマルチ９０７のアップエッジがカウンタ９０２のリセット端子に入力され、カウンタ９０２の出力は真から偽に転換する。

本実施形態は以下のような応用例が可能である。
（１）図７で説明したように、着磁ヘッドの移動ステップは２極間隔であった。これを１極間隔にすることもできる。その際、コイル線５０２に流す電流の方向を１ステップ毎に反転させる必要が生じる。

（２）ヨーク３０２の材料は珪素鋼板であったが、透磁率の高い材料であればなんでもよい。例えばセンダスト（Ｆｅ−９．５％Ｓｉ−５．５％Ａｌ合金）やパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）等が挙げられる。

本実施形態では着磁装置を開示した。
ネオジム金属片に極めて強力な飽和着磁の多極着磁を実現するために、着磁ヘッドは多極構成にして、ギャップはコイル線の太さよりも細く形成した。そして、着磁ヘッドを移動させるリニアアクチュエータは、着磁の際には停止すると共に、ネオジム金属片上の一つの着磁パターンをヨークの着磁面が複数回対面して着磁処理するように、リニアアクチュエータの移動ステップを構成した。以上のように着磁ヘッド及び着磁台のリニアアクチュエータを構成することで、ネオジム金属片へ多極着磁を実現する着磁装置を提供できる。

１０１…着磁装置、１０２…着磁台、１０３…着磁器、１０４…シャーシ、１０５…定盤、１０５ａ…載置面、１０６…レール、１０７…リニアアクチュエータ、１０８…着磁ヘッド、１０９…モータ、１１０…ポンプ、１１１…パイプ、２０２…吸着穴、２０３…ネオジム金属片、２０４…リニアスケール、２０４ａ…マーカ、３０２…ヨーク、３０３…モールド樹脂、３０４…シールドケース、４０２…ヨーク片、４０２ａ…磁極面側、４０２ｂ…穴、４０２ｃ…穴、４０２ｄ…穴、４０２ｅ…穴、４０２ｆ…穴、５０２…コイル線、６０２ａ…着磁面、６０２ｂ…着磁面、６０２ｃ…着磁面、６０２ｄ…着磁面、６０２ｅ…着磁面、６０２ｆ…着磁面、８０２…赤外線ＬＥＤ、８０３…フォトトランジスタ、８０４…リレー、８０５…制御部、９０２…カウンタ、９０３…タイマ、９０４…半導体リレー、９０５…ＮＯＴゲート、９０６…モータドライバ、９０７…モノマルチ

Claims (2)

1. 永久磁石材料が載置される固定台と、
   均等な形状の着磁面を長手方向に四個以上備えて前記永久磁石材料に着磁のための磁気を発する着磁ヘッドと、
   前記着磁ヘッドに着磁電流を供給する着磁器と、
   前記着磁ヘッドが搭載され、前記着磁面が同一箇所に複数回対面するように前記着磁ヘッドを前記永久磁石材料の長手方向に移動させると共に、着磁の際には前記着磁ヘッドの移動を停止するリニアアクチュエータと、
   前記リニアアクチュエータが移動するときは着磁を禁止し、前記着磁ヘッドが着磁を実施する時は前記リニアアクチュエータの移動を禁止する制御部と
   を具備する着磁装置。
2. 永久磁石材料に近接して着磁のための磁気を発する第一の着磁面と、
   前記第一の着磁面と所定の距離である第一のギャップと、前記第一のギャップと隣接して形成される前記第一のギャップより広い幅の第一の穴を介して隣接し、前記第一の着磁面が発する磁極と逆の磁極の磁気を発する第二の着磁面と、
   前記第二の着磁面と前記第一のギャップと等しい距離である第二のギャップと、前記第二のギャップと隣接して形成される前記第二のギャップより広い幅の第二の穴を介して隣接し、前記第二の着磁面が発する磁極と逆の磁極の磁気を発する第三の着磁面と
   を備えるヨークと、
   前記第一の穴と前記第二の穴に通過するコイル線と
   よりなる着磁ヘッド。

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