JP2017162921A

JP2017162921A - 希土類焼結磁石及びその製造方法

Info

Publication number: JP2017162921A
Application number: JP2016044686A
Authority: JP
Inventors: 惇弥田切; Atsuya Tagiri
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-09-14

Abstract

【課題】磁化方向が容易に識別可能であるばかりでなく、磁気特性、耐食性、機械的強度にも優れた希土類焼結磁石を提供する。【解決手段】磁石素片２と、磁石素片２の表面に形成されたニッケルめっき層からなる希土類焼結磁石１において、ニッケルめっき層には、磁極を表示するための刻印３が形成されており、ニッケルめっき層の厚みは、刻印３が形成されていない箇所で３〜５０μｍであり、刻印３が形成されている箇所で１μｍ以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、希土類焼結磁石及びその製造方法に関する。

腕時計やオートフォーカス機能を有するカメラモジュール等には、センサ用途向け等に一辺が１０ｍｍ以下の小型サイズや、一辺が１ｍｍ程度もの超小型サイズの希土類焼結磁石からなる永久磁石が用いられている。

この永久磁石は磁化方向をあらかじめ表示した状態で搭載機器に組み込まれる。一方、磁化方向を表示するために、個々の磁石に対して塗料や顔料を塗布することは、磁石が小さすぎて困難であるばかりか、製造上のサイクルタイムも長くなってしまい効率が悪い。このため、通常磁石を多数個並置した状態で塗料や顔料等が塗布されている。

しかしながら、多数個並べられた磁石に磁化方向を示す塗料等を塗布すると、隣接する磁石同士の隙間に塗料が染み込み、磁石の側面に塗料が滲んでしまうことがある。また、組み込み後に搭載する機器のモジュールに再洗浄などのプロセスが行われることがあると、有機溶剤などにより印字が溶出してしまうなど、外観上問題となることがしばしば生じており、代替手段が望まれていた。

金属やセラミックス等の電子部品に品種等の表示をする手段としては、塗料等の塗布の他に、レーザーマーキングにより表面を切削し凹凸を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。このため、上記の代替手段としてレーザーマーキングを採用することが期待される。しかしながら、永久磁石にレーザーマーキングを施そうとする場合には、磁石の表面が削れたり、レーザー照射による磁石の発熱が生じたりすることにより、磁気特性を大きく変化させてしまう。このため従来、磁石へのレーザーマーキングの適用は困難であった。

これに対し、パルス幅が１０フェムト秒から１００ピコ秒の超短パルスレーザー光を用いることで、磁性体の特性を変化させずに、磁性体の微細加工を行うことが提案されている。（例えば、特許文献２参照。）

特開平５−１８５７１４号公報特開２００５−１５２９６０号公報

しかしながら、上記先行技術のように超短パルスレーザー光を用いる場合には、レーザー加工により分離物が生成するなどして磁石自体を切削してしまうことになる。このような場合、特に１０ｍｍ以下の小型サイズや１ｍｍ以下の超小型サイズの永久磁石では、磁石の切削による減磁の影響は大型の磁石よりも相対的に大きくなってしまう。

本発明はこのような問題に鑑み、磁化方向が容易に識別可能で、かつ、磁気特性を維持した小型の永久磁石を提供すること、及び、このような永久磁石を効率よく提供することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決する構成として、以下の構成を有する。
本発明における希土類焼結磁石は、磁石素片と、該磁石素片の表面に形成されたニッケルめっき層からなる希土類焼結磁石において、前記ニッケルめっき層には、磁極を表示する刻印が形成されており、前記ニッケルめっき層の厚みは、前記刻印が形成されていない箇所で３〜５０μｍであり、前記刻印が形成されている箇所で１μｍ以上であることを特徴とする。
本発明によれば、ニッケルめっき層の形成された希土類焼結磁石のめっき層に刻印が形成されている。そして、刻印の形成されている箇所においても所定のめっき層の厚みを有している。このため、磁石の磁化方向が容易に識別可能となる一方、磁石素片に刻印が形成される（磁石が削られる）ことによる磁気特性の悪化を防止することができる。加えて、磁石の耐食性向上及び割れ欠け防止のために形成されるニッケルめっき層の機能を維持することができる。これにより、磁化方向が容易に識別可能で、かつ、磁気特性を維持した永久磁石を提供することができる。

本発明における希土類焼結磁石は、前記磁石素片がサマリウム−コバルト系の組成を有する材料からなることを特徴とする。
本発明によれば、キュリー温度が高く優れた耐熱性を有するサマリウム−コバルト系磁石でニッケルめっき層に刻印が形成された構成となっている。これにより、刻印を形成する際に発生する熱によっても磁気特性を維持した永久磁石を提供することができ好ましい。

本発明における希土類焼結磁石の製造方法は、磁石素片にメッキ処理を施しニッケルめっき層を形成する工程と、前記ニッケルめっき層の表面にレーザーマーキングを施して磁極を表示する刻印を形成する工程と、を含み、前記ニッケルめっき層の厚みを、前記刻印が形成されていない箇所で３〜５０μｍ、及び、前記刻印が形成されている箇所で１μｍ以上となるように前記レーザーマーキングを施すことを特徴とする。
本発明によれば、ニッケルめっき層の形成された希土類焼結磁石のめっき層にレーザー光を照射し刻印を形成する。このとき、刻印の形成された箇所においても所定のめっき層の厚みを有するようにレーザーマーキングを施す。このため、磁石の磁化方向が容易に識別可能となる一方、磁石素片に刻印が形成される（磁石が削られる）ことによる磁気特性の悪化を防止することができる。加えて、磁石の耐食性向上及び割れ欠け防止のために形成されるニッケルめっき層の機能を維持することができる。これにより、磁化方向が容易に識別可能で、かつ、磁気特性を維持した永久磁石を提供することができる。

本発明における希土類焼結磁石の製造方法は、前記ニッケルめっき層の形成された前記磁石素片を複数個隣接配置し、前記レーザーマーキングにより前記刻印を形成することを特徴とする。
本発明によれば、複数の小型の磁石に対しまとめて連続的にレーザーマーキングを施すことにより、製造効率を大きく向上させることができ好ましい。

本発明における希土類焼結磁石の製造方法は、前記磁石素片がサマリウム−コバルト系の組成を有する材料からなることを特徴とする。
本発明によれば、キュリー温度が高く優れた耐熱性を有するサマリウム−コバルト系磁石でニッケルめっき層にレーザーマーキングを施し刻印を形成する。これにより、レーザー照射の際に発生する熱によっても磁気特性を維持した永久磁石を提供することができ好ましい。

本発明における希土類焼結磁石とすることにより、磁化方向が容易に識別可能であるばかりでなく、磁気特性、耐食性、機械的強度にも優れた小型及び超小型の希土類焼結磁石を提供することができる。

また、本発明における希土類焼結磁石の製造方法により、磁化方向を容易に識別できるばかりでなく、磁気特性、耐食性、機械的強度にも優れた希土類焼結磁石を効率よく作製することができ、コスト面からも優れた希土類焼結磁石を提供することができる。

本発明の実施形態である希土類焼結磁石を示す概略図である。本発明の実施形態である希土類焼結磁石へのレーザーマーキングの実施態様を示す概略図である。

以下、本発明における希土類焼結磁石の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、図面は本発明を模式的に示したものであり、以下に示す寸法関係と対応しているわけではない。

図１に示す希土類焼結磁石１は、直方体形状を有する磁石素片２の表面に、ニッケルめっき層（図示しない）が形成された構成となっている。この希土類焼結磁石１は、図１における正面視上部がＮ極、正面視下部がＳ極となるように着磁されている。

そして、磁石の一つの平面のうちＮ極となる部分に、外径が約５０μｍの刻印３が多数個形成されている。この刻印３により、一方の磁極（本実施形態ではＮ極）を磁石に表示することができる。刻印３は、レーザーマーキングによりメッキ層に形成された照射痕（凹部）である。また、刻印３の外径はレーザーの照射径に相当し、照射条件により適宜変更することができる。

本実施例における希土類焼結磁石１は、サマリウム−コバルト磁石やネオジム磁石等、種々の組成の材料を採用することができる。このうち特に、ＳｍＣｏ₅系やＳｍ₂Ｃｏ₁₇系等のサマリウム−コバルト磁石は、キュリー温度が７００℃以上の高温であることから、レーザー照射による減磁の影響が少なく、本実施形態に好適である。また、サマリウム−コバルト磁石は硬度が低く脆いことから、ニッケルめっき層を磁石の全表面に形成して機械的強度を向上させ、合わせて耐食性も向上させている。

ニッケルめっき層は電解ニッケルめっき若しくは無電解ニッケルめっきにより形成することができる。このニッケルめっき層の厚みは、耐食性及び機械的強度を保つ観点から、少なくとも１μｍ以上形成されていることが好ましい。一方、コストを抑制する観点から過度に厚みが大きいことは好ましいとはいえず、せいぜい２０μｍも形成されていれば充分である。特に機械的強度とコストとのバランスから、３μｍ以上１０μｍ以下形成されていることが特に好ましい。

ニッケルめっき層はまた、本実施形態の刻印３の箇所においても、１μｍ以上形成されていることが好ましい。これにより、レーザーマーキングによりニッケルめっき層に凹部が形成されていても磁石素片２の全表面にニッケルめっき層が形成され、機械的強度及び耐食性を維持することができる。本実施形態の一つの例においては、ニッケルめっき層は例えば５μｍ形成され、刻印３の箇所におけるメッキ層はレーザー照射により１μｍとなっている。

また、本実施形態において磁石の表面に形成された複数の刻印３は互いに隣接している。このそれぞれの刻印３同士の間隔は、レーザー照射による熱の影響やニッケルめっき層の強度を維持する観点から、少なくともレーザー照射径と同じ距離だけ外径同士が離れていることが好ましい。例えば、５０μｍの外径の刻印３である場合、隣接する刻印３とは、外径同士が５０μｍ以上離れていることが好ましい。一方、複数の刻印３を形成して磁極を表示するためには、隣接する刻印３の外径同士の距離はせいぜい外径の６倍以内であれば視認性が良く好適である。例えば、刻印３の外径が５０μｍである場合には、隣接する外径同士の距離は３００μｍ以下であればよい。

本実施形態における希土類焼結磁石１は、刻印３を形成するための平面を有していることが好ましい。レーザーマーキングにより刻印を形成する場合、照射距離を一定に保つ必要があるからである。例えば、図１に示す直方体のほか、立方体等の形状であれば、このような平面を有している。また、円柱、円筒形状の磁石の場合には、平面部に刻印３が形成される。

本実施形態における希土類焼結磁石１は、最大長が１０ｍｍ以下の小型サイズであり、上記の種々の形状となっている。本発明は、このようなサイズの磁石を多数個並べて塗料や顔料を塗布する場合に、磁石の側面や隣接する磁石の隙間に塗料や顔料が染み込む問題に鑑みなされたものである。一方で、最大長が１０ｍｍを超えるサイズの磁石の場合、塗料の染み込みの影響は相対的に軽微なものとなり、コスト面からレーザーマーキングが有利とはならなくなる。

このような最大長が１０ｍｍ以下の磁石のうち、特に、一辺が１０ｍｍ以下の直方体若しくは立方体形状であれば、多数個の磁石を並べてまとめてレーザー照射する場合に、隣接する磁石同士のレーザー照射面を並べて配置することができるため好ましい。さらに、長辺が３ｍｍ以下の直方体であれば、本発明の効果をより示すことができ好ましい。

次に、本実施形態におけるレーザーマーキングの実施態様について説明する。
本実施形態におけるレーザーマーキングにおいて用いるレーザーは、例えば、ＹＡＧレーザーやファイバーレーザー等、レーザーマーキング装置に用いる公知のレーザー装置を用いることができる。レーザー光は、例えば波長が１．０６４μｍの近赤外線、平均出力を１０〜５０Ｗの範囲で調節しパルス発振で照射する。

レーザーマーキングを施す際の態様を図２に示す。磁石にレーザー光を照射する場合に位置合わせをするための治具４は、金属や樹脂等から形成される直方体形状で、単位磁石１を配置するため、磁石の大きさに合わせた凹部が形成されている。単位磁石１は、この治具４の凹部に配置されることにより位置が固定される。そして、治具４はレーザーマーキング装置に固定され位置合わせがなされる。レーザーマーキングを施す場合には、この治具４の位置を変えることにより、磁石へのレーザー光の照射位置を変えることができる。

図２に示す例では、図面上部にＮ極、下部にＳ極が位置するように、複数の単位磁石１の向きが揃えられた状態で治具４に配置されている。そして、図２の平面視上方からレーザー光が照射されるように、治具４がレーザーマーキング装置に固定される。

レーザーマーキングを施す場合には、まず、治具４の凹部に、複数個の単位磁石１を並べて配置する。次いで、治具４をレーザーマーキング装置のステッピング操作で移動させながら、磁石のＮ極の箇所に対しレーザー光をパルス照射させる。このレーザー光の照射により、外径が５０μｍの刻印３が、５０μｍの間隔で多数個一つの面上に配置される。これにより、Ｎ極の箇所全体に刻印３が形成される。

上記実施形態においては、磁石のＮ極の箇所に刻印３を形成する例を示したが、Ｓ極の箇所に刻印３を形成してもよい。また、治具４に配置された単位磁石１のレーザー照射面がＮ極及びＳ極を有している例を示したが、いずれか一方の磁極のみを有するレーザー照射面に対してレーザーマーキングを施してもよい。

以下、本発明における実施例及び比較例を示し、本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することができる。

（実施例）
本発明における実施例では、長辺２ｍｍ、短辺１ｍｍ、厚み０．５ｍｍの直方体形状の希土類焼結磁石を作製した。
希土類焼結磁石１は、組成がＳｍ₂Ｃｏ₁₇のサマリウム−コバルト系の原料粉末を磁場中成形し、焼結した後、上記寸法となるよう切断及び研磨により加工し磁石素片２を得た。この磁石素片２に対し電解ニッケルめっきを施し、厚みが５μｍのメッキ層を磁石素片２の表面に形成することにより、単位磁石１を作製した。

この単位磁石は、長辺方向の一方がＮ極、他方がＳ極の磁極を有している。そして、図２に示すように、単位磁石１の長辺方向を平面視上下方向、かつ、Ｎ極が平面視上方となるように向きを合わせて、押さえ治具４上に平面視左右方向に２０個整列し配置した。

この磁石に対し、波長が１．０６４μｍ、平均出力が２０Ｗのファイバーレーザーを用いて、磁石の長辺方向の上半分をスキャンするようにレーザー光をパルス照射した。これにより、照射径５０μｍの照射痕（刻印３）が５０μｍの間隔でＮ極の箇所全体にわたり形成された。

（比較例）
上記実施例で示した治具４上に配置された磁石に対し、磁石の長辺方向の上半分に油性のマーキングペンでインクを塗布することにより、Ｎ極をマーキングした。

（評価）
マーキング後の実施例及び比較例のそれぞれの磁石を実体顕微鏡で観察したところ、実施例の磁石の一つの面のＮ極の箇所のみに刻印３が形成されていた。これに対し、比較例の磁石はマーキングした面だけでなく、その側面にもインクが染み出し、外観は良好とはいえなかった。

また、実施例の磁石の断面を、倍率５００倍の光学顕微鏡を用いて観察したところ、刻印３の形成されていない箇所におけるニッケルめっき層の厚みは５μｍ、刻印３の箇所におけるニッケルめっき層の厚みは１μｍであった。このように、実施例における希土類焼結磁石１は、刻印３の位置においても磁石素片３が削られることなく、必要なニッケルめっき層の厚みを維持していた。

１…希土類焼結磁石（単位磁石）
２…磁石素片
３…刻印
４…治具

Claims

磁石素片と、該磁石素片の表面に形成されたニッケルめっき層からなる希土類焼結磁石において、
前記ニッケルめっき層には、磁極を表示する刻印が形成されており、
前記ニッケルめっき層の厚みは、前記刻印が形成されていない箇所で３〜５０μｍであり、前記刻印が形成されている箇所で１μｍ以上であることを特徴とする希土類焼結磁石。
前記磁石素片がサマリウム−コバルト系の組成を有する材料からなることを特徴とする請求項１に記載の希土類焼結磁石。
磁石素片にメッキ処理を施しニッケルめっき層を形成する工程と、前記ニッケルめっき層の表面にレーザーマーキングを施して磁極を表示する刻印を形成する工程と、を含み、
前記ニッケルめっき層の厚みを、前記刻印が形成されていない箇所で３〜５０μｍ、及び、前記刻印が形成されている箇所で１μｍ以上となるように前記レーザーマーキングを施すことを特徴とする希土類焼結磁石の製造方法。
前記ニッケルめっき層の形成された前記磁石素片を複数個隣接配置し、前記レーザーマーキングにより前記刻印を形成することを特徴とする請求項３に記載の希土類焼結磁石の製造方法。
前記磁石素片がサマリウム−コバルト系の組成を有する材料からなることを特徴とする請求項３または４に記載の希土類焼結磁石の製造方法。