JP3152659B2 - 多極磁石の製造方法 - Google Patents

多極磁石の製造方法

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JP3152659B2 JP50424294A JP50424294A JP3152659B2 JP 3152659 B2 JP3152659 B2 JP 3152659B2 JP 50424294 A JP50424294 A JP 50424294A JP 50424294 A JP50424294 A JP 50424294A JP 3152659 B2 JP3152659 B2 JP 3152659B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多極磁石の製造方法に関し、特に、Fe、Ｂ
およびＲ（ここでＲは希土類元素である）の合金の結晶
相からなる多極磁石の製造方法に関する。
磁性材料および永久磁石は、電気器具および電子デバ
イスを含む多くの用途で用いられる重要な材料である。
小型化への増加する要求、および電気器具および電子デ
バイスによせられる大きな需要の観点から、改良磁性材
料および改良永久磁石への需要が増加してきている。
欧州特許公開第0101552号では、少なくとも１種の、
三元Fe−Ｂ−Ｒタイプ（ここでＲはイットリウム等の希
土類元素である）の安定化合物を含むFe−Ｂ−Ｒタイプ
合金を基材とした磁性材料が説明されており、この化合
物は磁化されて永久磁石となり得る。希土類Ｒの量は、
通常８〜30原子パーセントの範囲である。
欧州特許公開第0108474号では、少なくとも10原子パ
ーセントの１種以上の希土類元素と、0.5〜10原子パー
セントのほう素と、鉄または鉄および遷移金属元素の混
合物と、からなる磁気的に硬質な合金が説明されてい
る。この合金は磁気的に硬質な主要部分と、400ナノメ
ータ未満の平均粒径を有する微細な微結晶とを含んでい
る。
希土類磁石の開発に伴う主要な利点の１つは、高い保
磁力、または耐消磁性である。このことは、磁石に何か
の永久的損傷が起こり得る前に、高い適用磁場が必要と
されるということを意味する。このことは、（磁化方向
において）非常に薄く、アスペクト比によって既に有意
な内部発生的反磁場を有する磁石に特に適切である。多
くの応用で、サイズおよび重量の制約から、非常に薄
く、かつこれらタイプの磁石の高い保磁力を利用するこ
とによってのみ扱い得る磁性構成部品が現在要請されて
いる（か、あるいはこのような磁性構成部品から利益を
得られるであろう）。
これら材料の内在的高磁気安定性は、高いパーセンテ
ージの有効磁気強度（飽和）を達成するために非常に高
い外部磁場を加える必要があるということを意味してい
るので、これら材料の磁化に関して問題が生じる。ある
熔融紡糸NdFeB合金などの等方性材料にとっては、これ
は更に困った状況でさえある。なぜならば、磁化工程
で、材料内の粒子の大部分が好ましくない方向、あるい
は「容易」方向に磁化されにくい傾向があるからであ
る。したがって、飽和値の数パーセント以内の磁化を達
成するために、固有保磁力の３〜４倍の外部磁場が必要
とされる。これら高保磁力材料の一般的磁化方法は、銅
コイルまたは銅線装置を介して、コンデンサバンクから
超大電流を放電することである。銅線の断面積は、明ら
かに、抵抗熱によって銅が熔融するのを防止するのに充
分な大きさでなければならない。充分に高い磁化磁場を
発生させるために、10,000アンペアを越える電流も珍し
くはない。
これら材料が磁化し難いという事実に加えて、それら
が要求される適用のタイプは、より過酷になってきてい
る。例えば、これら材料の主な市場の１つは、モータの
永久磁石構成部品におけるものである。このシステムの
設計によっては、これらは、環状に配列されて組み立て
られる、別途に磁化された多数の構成部品であってもよ
く、また多数の磁化された「磁極」は連続的な環状サン
プルの回りに印刷されていてもよい。組み立ての困難さ
および費用が軽減されるので、後者が好ましい手段にな
ってきている。
モータがより小型化し（即ちより小さなリングにな
り）かつ要求される磁極の数が増加するのにつれて、高
磁場を発生させるのに要求される銅巻線の物理的体積の
ために、要求されるパターンの印刷の困難さが増加す
る。
磁化が困難な材料の組合せ、小径構成部品およびより
複雑な磁化パターン（即ち多数の磁極）は、全てが組み
合わされて、既存のコンデンサ放電技術の可能性を制限
する。さらなる制限は、印刷された磁極間の遷移の精度
である。精度の高い動作が印刷パターンおよび遷移幅の
精度に大いに依存するステッパモータなどのデバイスで
は、磁化パターンのあらゆる側面を制御する必要があ
り、これらのあるものは、従来の磁化技術で行うことが
非常に困難である。設計の能力が改善されるにつれて、
全てのモータシステムにおける磁極の高い明確さへの要
請が、より重要となってきている。
我々は、上述の従来技術方法の不利益を回避する多極
磁石の製造方法を開発した。
したがって、本発明は多極磁石の製造方法を提供し、
この方法は、 ii）磁性材料の粒子およびキャリヤ材料の混合物を含む
インクを、基材シート上に所定のパターンでスクリーン
印刷またはステンシル印刷し、 ii）パターン付きシートを硬化または乾燥し、次いで基
材シート平面に垂直な磁場を用い、工程（ｉ）にて所定
のパターンを形成した領域を磁化して、シートの一方側
にＮ極を、他方側にＳ極を形成し、 iii）磁性材料の粒子およびキャリヤ材料の混合物を含
むインクを、基材シート上に、工程（ｉ）でのパターン
と相補的（complementary）なパターンでスクリーン印
刷またはステンシル印刷し、ここでインクは工程（ｉ）
でインクが印刷されなかった領域に印刷され、 iv）パターン付きシートを硬化または乾燥し、次いで基
材シート平面に垂直な磁場を用い、工程（iii）にて相
補的パターンを形成した領域を磁化して、シートの一方
側にＮ極を、他方側にＳ極を形成し、 ｖ）工程（iv）からのシートを裏返し、そして vi）工程（ii）からのシートと工程（ｖ）からの裏返さ
れたシートとを一緒にして積層体を形成し、これによっ
て多極磁石を形成する、 工程からなる。
本発明の方法で用いられる基材シートは、紙またはフ
ィルムであってもよい。任意に、紙またはフィルムを剥
離剤で被覆してもよい。
スクリーン印刷またはステンシル印刷は、従来のスク
リーンまたはステンシル印刷装置を用いて、公知技術に
よって行うことができる。ここでは、メッシュサイズ
が、磁性粒子の目詰まりを回避できるのに充分なスクリ
ーンが用いられるか、あるいはより好ましくは（特に比
較的厚い印刷層のためには）、典型的に約0.1〜2mm厚さ
の単一金属ステンシルが用いられる。スクリーンおよび
ステンシルのデザインは、従来の方法によって制作され
る。
磁性材料は、どのような永久磁性材料であってもよい
が、好ましくはFe−Ｂ−Ｒタイプ（ここでＲは希土類金
属、好ましくはネオジムである）の合金である。磁性材
料は、一般的には、微細粒子形態の磁石粉体であり、好
ましくは100マイクロメータ未満の粒子サイズを有する
粉体である。キャリヤ材料は、好ましくは低粘度のキャ
リヤ材料であり、典型的には10〜1000センチポイズの範
囲の粘度を有している。キャリヤ材料は、例えば、液状
樹脂としての、または適切な溶媒に溶解されたエポキシ
樹脂、空気活性化または化学活性化シリコーンゴム、シ
アノアクリレート、ポリビニルアルコール、熱硬化性ま
たは熱可塑性重合体、または低融点金属であってもよ
い。本発明で用いるには、エポキシ樹脂基材キャリヤ材
料が、一般的に好ましい。
磁性粉体は、一般的には、インク組成物の10〜60体積
％の量で磁性インク中に含まれている。好ましくは、磁
性インクは、本発明の方法の工程（ｉ）および（iii）
において、基材シート上にスクリーン印刷され、したが
ってインクは、適切な印刷に適した粘度を有していなけ
ればならない。
基材シートが、工程（ｉ）および（iii）で印刷され
た後、パターン付きシートは、磁化工程に先立って硬化
あるいは乾燥される。例えば、エポキシ樹脂がキャリヤ
材料として用いられた場合、これは硬化されて半硬化構
造を与えるようにすることができる。
工程（ii）および（iv）で行われる磁化は、基材シー
トの平面に垂直な単一磁化磁場を用いて行うことがで
き、シートの一方の側にＮ極を、シートの他方の側にＳ
極を作成する。このような磁化を行うのに、複雑な装置
は必要とされない。
既に示したように、本発明の方法の工程（iii）で製
造されるパターンは、工程（ｉ）で製造されたパターン
と相補的であるため、工程（iv）からのパターン付きシ
ートが裏返された場合に、それは工程（ii）で製造され
たパターンと調和して多極磁石を形成する。
工程（ii）および（iv）で製造されたシートの一方ま
たは両方は、本発明の方法の工程（vi）に先立って、接
着剤で被覆されてもよい。積層は、一般的には、安定し
た構造を作り出すために、加熱および／または加圧下で
行われる。パターンが表面に印刷された基材シートは、
積層体のいずれかの側に維持されて、物理的な支持およ
び保護を与えるようにしてもよく、あるいは基材シート
が適当な剥離剤で被覆されている場合には、これらを取
り除き、これによって最終装置における空気間隙を最小
化するようにしてもよい。
本発明の方法を用いて、多極磁石のストリップが製造
される。これは、次いで環形成器のまわりに巻回して、
ロータアッセンブリを製造してもよい。あるいは、多極
磁石は、その直線形状で、センサまたはアクチュエータ
に用いてもよい。
本発明の工程（ｉ）および（iii）で作成されたパタ
ーンは、バー型フォーマットの単純なパターンであって
もよく、また従来の磁化方法では製造できなかったより
複雑なパターンであってもよい。また、所望により、幾
つかの異なった磁化パターンを１つの構成部品に組み合
わせることも可能である。例えば、オフセットパターン
を製造することができ、このようなパターンはステッパ
モータに用いられる。あるいは、目盛り間隔は位置セン
サのために設けられ、またヘリンボーンパターンは光複
写ローラのために製造される。本発明の方法を用いれ
ば、多極磁石の磁極間の明確さが高く、磁極間の間隔
は、印刷技術の解像度のみによって制限されている。さ
らに、構成部品のサイズは、印刷装置のサイズによって
のみ制限される。本発明の方法を用いれば、非常に薄い
多極磁石（厚さ約0.2mm）を製造することができる。
本発明を、添付図面を参照してさらに説明する。図
中； 図１は、典型的な多極モータリングの図であり； 図2aおよび2bは、各々、所定の磁化パターンで印刷さ
れた、磁化後の基材シートの平面図および側面図であ
り； 図３は、所定の磁化パターンで印刷された、磁化後
の、積層されようとする２つの構成部品を示し；かつ 図４は、一緒に積層された図３の２つの構成部品を示
し； 図５は、ステッパモータにおける比率制御のための、
１つの構成部品上に印刷されたオフセットパターンを示
し、かつ 図６は、光複写ローラに用いるための、１つの構成部
品上に印刷されたヘリンボーンを示す。図を参照すれ
ば、図１は、複数の磁化部位１を備えた典型的な多極モ
ータリングを示している。各々の磁化部位１は、リング
の外部表面にＳ極を備えるか、あるいはリングの外部表
面にＮ極を備えており、これらＮ極およびＳ極は、リン
グの回りに交互にある。そして、各々のセグメントは、
対極をリングの内部表面に向けており、即ち外部に向い
たＳ極を有するセグメントは、内部に向いたＮ極を有し
ている。
図2aおよび図2bを参照すると、基材シート２は、表面
に印刷された磁性インクの複数のセグメント３を有して
いる。印刷されたセグメント３は、所定のパターンで配
列しており、磁場によって磁化されて、図2bに示される
ように、上を向く複数のＮ極と下を向く複数のＳ極とが
形成されている。
図３を参照すると、印刷されたセグメント３の所定の
パターンを有する基材シート２は、所定のパターンで印
刷されたセグメント５を有する相補的基材シート４の上
方に配置されている。基材シート４上の印刷されたセグ
メント５は、図３に断面を示すように、磁石のＮ極が下
を向き、磁石のＳ極が上を向くように磁化される。この
ように、基材シート４の印刷されたパターンは、基材シ
ート２のそれに対して相補的である。
図４は、基材シート２および４を一緒に積層すること
によって製造された積層体を示している。最終テープに
おいて、テープの長さに沿って、セグメント３がセグメ
ント５と交互にあることが注目される。基材シート２お
よび４は、剥離材料で被覆されている場合、所望によ
り、積層アセンブリから取り除いてもよい。
積層工程中における２つの構成部品の接着が、バイン
ダの更なる硬化によって行われない場合には、シート４
のシート２への積層に先立って、シートの一方または両
方を適当な接着剤でスプレーし、次いで加熱および／ま
たは加圧により積層を行ってもよい。
図４に示される積層アセンブリは、図１に示されるよ
うな多重ロータを形成するのに用いることができる。
図５は、ステッパモータの比率制御を提供するために
印刷されたオフセットパターンを印刷された、積層体の
一方の構成部品を示している。領域７および８は、一定
であり、かつ異なるピッチを有するパターンで磁性イン
クによって印刷されている。次いで、２つの構成部品は
上述と同様の方法で積層される。パターン化領域７およ
び８間の間隔は、積層体を形成するために、第二構成部
品（不図示）上に印刷された相補的パターンを受容する
ように選択される。
図６は、領域９として、ヘリンボーンパターンが印刷
された、積層体の一方の構成部品を示している。領域９
間の間隔は、積層体を形成するために、第二構成部品
（不図示）上に印刷された相補的パターンを受容するよ
うに選択される。
本発明を、以下の実施例を参照して更に説明する。
実施例１ 一連のスロット（1mm幅、5mm長さ、均一に1.5mm離間
した間隔）を有し、ステンレススチールを0.25mm厚さに
切断してなるステンシルマスクを介して磁性ペーストを
スクリーン印刷し、図７に示されるような印刷パターン
を作成して、印刷された磁石パターンを製造した。
磁性ペーストは、低速度硬化、低粘度液体エポキシ樹
脂システムに分散された、50体積％含有量の、Magneque
nch MQP−D NdFeB粉体（サイズ、＜63μ、）から調製し
た。
ペーストは、厚さ0.1mmのポリエステル（polyster）
シート基板上に、手作業でステンシル印刷した後、磁化
の前に、100℃にて30−60分間硬化させた。
印刷された磁石パターンは、印刷基板を、電磁石の接
近して離間した磁極（略5mmの磁極間隔）の間に置き、1
0秒間フルパワー（120V、12.5A）をかけることによって
磁化させた。
印刷されたストライプは、この様にして、基板に対し
て直角に磁化された。全ての印刷されたパターンは、印
刷側が磁化方向における各目上の「北」（図2aおよび2
b）を与えられるように、磁化磁極間で同一の方向に配
列されている。
次いで、一対の印刷パターンを、印刷側を内向きにし
て積層して、図３および４に示すように、最外層を形成
する基板を有した対極の交互パターンを、その表面に形
成する。
実際的には、印刷および硬化の間の磁性ペーストの僅
かな「スランピング」のため、２つの層が噛合えるよう
にするには、印刷されたバー間の隔たりを、その幅より
も若干広くする必要がある。この実施例では、幅1mmの
バーが、各々の基板上に1.5mmのバー間の隔たりを持っ
て印刷されている。２つの基板のいずれかに印刷された
磁石間の距離を制御することによって、噛合ったパター
ンの曲率半径を制御でき、それを、例えば、筒状ロータ
に使用することが可能となる。
磁気「プロフィール」測定を、駆動腕の基部に、高感
度線型ホール効果センサ（タイプUGN3503）が取着され
た３軸（XYZ）テーブルを用いて行った。位置決めおよ
びセンサの磁場強度測定は、いずれもコンピュータ制御
によって行った。
Ｎ極およびＳ極の遷移が交互に存在する、幅1mmの磁
極が噛合ったパターンで得られた結果は、有限要素モデ
ルとの良好な一致を与え、規則正しい正弦的磁化パター
ンを示した。
各々0.75、1.25および2.25mmの増加する総実効空隙
（total effective airgaps、TEAGS）での上記で製造さ
れた噛合い配列の測定結果が、図８、９および10に示さ
れている。TEAGは、センサの能動素子および印刷された
磁石表面からの距離である。基板表面では、0.75mm（図
８）の実効空隙のTEAGに対応して、磁場が、測定経路に
沿って正弦的に、各々の交互磁極の中心に±20mT（±20
0ガウス）のピーク値を持って変化している。1.25およ
び2.25mm（図９および10）のより大きなTEAGSでは、測
定磁場のレベルが落ちる。
図８、９および10の結果は、各々図11、12および13に
示される、0.75、1.25および2.25mmのTEAGSのための有
限要素モデルの計算値と良く一致している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェフリー；スティーブン ロイ, 英国 オーエックス５ ２エックスエ イ，オクソン，キッドリントン，ホワイ ト ウェイ 44, (72)発明者 キャンベル；ジョーン スチュアート, 英国 エスエル９ ７ピージー，バック ス，ギャラーズ クロス，キャンプ ロ ード，ハンブルトン, (72)発明者 ホルト；リン, 英国 オーエックス８ ８ビーワイ，ウ ィットニー，ロング ハンボロウ，ミル ウッド エンド 54, (56)参考文献 特開 昭62−23349（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01F 41/02 H02K 15/03

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ｉ）磁性材料の粒子およびキャリヤ材料の
    混合物を含むインクを、基材シート上に所定のパターン
    でスクリーン印刷またはステンシル印刷し、 ii）パターン付きシートを硬化または乾燥し、次いで基
    材シート平面に垂直な磁場を用い、工程（ｉ）にて所定
    のパターンを形成した領域を磁化して、シートの一方側
    にＮ極を、他方側にＳ極を形成し、 iii）磁性材料の粒子およびキャリヤ材料の混合物を含
    むインクを、基材シート上に、工程（ｉ）でのパターン
    と相補的なパターンでスクリーン印刷またはステンシル
    印刷し、ここでインクは工程（ｉ）でインクが印刷され
    なかった領域に印刷され、 iv）パターン付きシートを硬化または乾燥し、次いで基
    材シート平面に垂直な磁場を用い、工程（iii）にて相
    補的パターンを形成した領域を磁化して、シートの一方
    側にＮ極を、他方側にＳ極を形成し、 ｖ）工程（iv）からのシートを裏返し、そして vi）工程（ii）からのシートと工程（ｖ）からの裏返さ
    れたシートとを一緒にして積層体を形成し、これによっ
    て多極磁石を形成する、 工程からなる多極磁石の製造方法。
  2. 【請求項２】前記基材シートが、紙またはフィルム材料
    である請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記磁石材料が、Fe−Ｂ−Ｒタイプ（ここ
    でＲは希土類金属である）の合金である請求項１または
    ２に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記希土類金属が、ネオジムである請求項
    ３に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記磁石材料が、100マイクロメータ未満
    の粒子サイズを有する上記請求項のいずれかに記載の方
    法。
  6. 【請求項６】前記キャリヤ材料が、エポキシ樹脂を基材
    とするキャリヤ材料、空気活性化または化学活性化シリ
    コーンゴム、シアノアクリレート、ポリビニルアルコー
    ル、熱硬化性または熱可塑性重合体、または低融点金属
    である上記請求項のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】工程（ii）および（iv）で製造されたシー
    トの一方または両方が、工程（vi）での積層に先立っ
    て、接着剤で被覆される上記請求項のいずれかに記載の
    方法。
  8. 【請求項８】前記基材シートが、適当な剥離剤で被覆さ
    れ、工程（vi）での積層体の形成後に取り除かれる上記
    請求項のいずれかに記載の方法。
  9. 【請求項９】前記インクが、スクリーンまたはステンシ
    ル印刷技術を用いて、工程（ｉ）および（iii）におい
    て、基材シート上に印刷される上記請求項のいずれかに
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】上記請求項のいずれかに記載の方法で製
    造される多極磁石。
  11. 【請求項１１】環形成器に巻回してロータアセンブリを
    製造する請求項10に記載の多極磁石。
  12. 【請求項１２】線型形態でセンサまたはアクチュエータ
    に用いられる請求項10に記載の多極磁石。
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