JP6021096B2

JP6021096B2 - ボンド磁石の減磁量を増加させる方法

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Publication number: JP6021096B2
Application number: JP2012017889A
Authority: JP
Inventors: 幸村　治洋; 治洋幸村
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-01-31
Also published as: JP2013157506A

Description

本発明は、多極着磁されたボンド磁石の減磁量を増加させる方法に関する。

近年の電子機器の著しい小型化に対応して、それに使用するステッピングモータなども小型化、小径化が進んでいる。それに伴い、ローターとして用いるリング状永久磁石も小径化が進むため、着磁ピッチ（着磁極間距離）が狭くなり、多極着磁は困難になる。
上述の解決策として、永久磁石に着磁を施す方法に関し、被着磁物を、そのキュリー点以上の温度からキュリー点未満の温度まで降温させつつ、その間、着磁磁界を印加し続ける永久磁石の着磁方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の永久磁石の着磁方法では、高着磁特性が得られるが、ボンド磁石に適用した場合、特性調整手段である温調温度制御により、磁石粉体固有の熱減磁特性に依存した着磁特性を示す。
表１は、サンプルＡ〜Ｅの５種類のボンド磁石に用いられる磁石粉体の保磁力ｉＨｃ（ｋＡ/ｍ）と最大エネルギー積（ｋＪ／ｍ^３）である。

図７は、表１に示したサンプルＡ〜Ｅの５種類の磁石粉体の着磁特性を示す図、また、図８は、高保磁力磁石粉体としてサンプルＡの着磁特性を、低保磁力磁石粉体としてサンプルＥの着磁特性を示した図である。横軸は温調温度（℃）、縦軸は着磁特性（ｍＴ）を示している。
また、図中には、パルス着磁を用いた場合の着磁電流密度の最大条件Ｘ（２２ｋＡ／ｍｍ^２）と一般的な着磁電流密度の条件Ｙ（１６ｋＡ／ｍｍ^２）とを示した。

図７において、特許文献１に記載の永久磁石の着磁方法の場合、パルス着磁と比較して高着磁特性が得られるが、磁石粉体の静磁気特性、初期減磁、熱減磁などによって着磁特性は左右される。また、初期減磁と熱減磁とは密接な関連があり、どちらかを良くすることは困難である。
例えば、図８において、高着磁特性で特性調整幅の狭い磁石粉体であるサンプルＡと、低着磁特性で特性調整幅が広い磁石粉体であるサンプルＥに二極化する傾向がある。したがって、要求特性に応じて磁石粉体を選択する、或いは磁石粉体充填率（即ち成形体密度）の調整により対応することが一般的である。

特開２００６−２０３１７３号公報

しかしながら、現実的には多種の磁石粉体や密度の異なる成形体を使い分けることは好ましくなく、可能な限り１種、多くても２種に留めないと管理が煩雑になり、コストアップ要因となる可能性が高い。特に問題となるのは、磁石粉体を２種に限定して使い分ける場合、例えば、図８の破線両矢印で示すような達成不可能な特性領域が生じる可能性があることである。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、高着磁特性であり、且つ特性調整幅が広い、簡便でコストを低減した形でボンド磁石を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明は、圧縮成形されたボンド磁石の近傍に着磁用磁界印加手段を配置し、前記ボンド磁石を、そのキュリー点以上の温度に上昇させる加熱し、キュリー点以上の温度に達した前記ボンド磁石を、キュリー点未満の温度まで降温させつつ、その間、前記着磁用磁界印加手段により前記ボンド磁石に着磁磁界を印加し続けて着磁されたボンド磁石を得る着磁工程に使用するための前記ボンド磁石の圧縮成形時に、前記ボンド磁石に含まれる磁石粉体の粒径を、熱揺らぎが生じる１００μｍ以下に制御して減磁量を増加させる方法を提供する。

磁石粉体の粒径を熱揺らぎが生じる範囲にすることで、反磁界の作用を受けやすくなり熱揺らぎによる減磁量が増大する。この現象を有効利用することで、高着磁特性でありながら特性調整幅が広い、簡便でコストを低減したボンド磁石を得ることができる。
ここで、熱揺らぎとは、磁性を持つ粒子が小さくなると外部の熱エネルギーの影響を受けて磁性軸を一方向に保つことができなくなる現象のことである。磁性軸を一方向に保つエネルギーは磁性粒子の体積に比例するため、体積を小さくすると磁化の方向をバラバラにしようとする熱エネルギーを無視できなくなる。

磁石粉体の粒径を１００μｍ以下に制御することにより、反磁界の作用をより受けやすくなり熱揺らぎによる減磁量がより増大する。したがって、高着磁特性でありながら特性調整幅がより広い、簡便でコストを低減した形でボンド磁石を得ることができる。
ボンド磁石の製造方法が得られる。

また、本発明に係る方法は、前記磁石粉体の粒径を、前記ボンド磁石の圧縮成形時の成形圧によって制御することを特徴とする。
ボンド磁石の圧縮成形時の成形圧を上げることによって、成形時の磁石粉体の割れを利用でき、粒径を細かくできる。したがって、高着磁特性でありながら特性調整幅が広い、簡便でコストを低減した工業的に広く利用可能な形でボンド磁石を得ることができる。

また、本発明に係る方法は、前記ボンド磁石の圧縮成形前の前記磁石粉体の粒径が３００μｍ以下で、前記成形圧が７．５ｔｏｎ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする。
圧縮成形前の磁石粉体の粒径の範囲が３００μｍ以下で、成形圧が７．５ｔｏｎ／ｃｍ^２以上とすることで、粒径をより細かくできる。したがって、高着磁特性でありながら特性調整幅がより広い、簡便でコストを低減した工業的に広く利用可能な形でボンド磁石を得ることができる。

また、本発明に係る方法は、前記磁石粉体が希土類鉄系磁石であることを特徴とする。
磁石粉体が希土類鉄系磁石であるので、より高着磁特性が得られ且つ特性調整幅が広い、簡便でコストを低減した形でボンド磁石を得ることができる。

また、本発明に係る方法は、前記希土類鉄系磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石であることを特徴とする。
希土類鉄系磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石であるので、より高着磁特性が得られ且つ特性調整幅が広い、簡便でコストを低減した形でボンド磁石を得ることができる。

上記方法によれば、工業的に利用価値の高い超小型デバイスへの幅広い応用が達成される。電磁デバイスは時代とともに軽薄短小化が進んでいる。今後、本発明による希土類鉄系ボンド磁石を電子部品、デバイスに搭載することは、工業的にさらに大きな差別化となりうるものである。コストダウンにも直結しており、加熱後、磁界中で降温する着磁方法に関する発明の適用範囲を拡げたものである。

（ａ）は、実施形態における着磁治具およびボンド磁石の平面図、（ｂ）は縦断面図。ボンド磁石に施されている多極着磁の状況を示す平面図。１０極着磁の表面磁束密度の測定結果の一例を示す図。制御された粒径の範囲が３００μｍ以下の磁石粉体を用いたボンド磁石と７５μｍ以下の磁石粉体を用いたボンド磁石とで着磁特性を比較した図。温調温度５０℃での着磁特性を基準として、より高温での着磁特性減少率の粒度依存を示した図。成形圧の違いによる着磁特性の差を示した図。サンプルＡ〜Ｅの５種類の磁石粉体の着磁特性を示す図。低保磁力磁石粉体としてサンプルＥを、高保磁力磁石粉体としてサンプルＡの着磁特性を示した図。

以下、本発明のボンド磁石の製造方法について、実施形態を例に挙げて詳しく述べる。
図１に、実施形態のボンド磁石の製造方法に用いる着磁治具１０および被着磁物としてのボンド磁石１４を示した。（ａ）は平面図を表し、（ｂ）は縦断面図を表している。ここでは、リング状のボンド磁石１４を１０極着磁し、多極着磁されたボンド磁石１４０を得る例である。

着磁治具１０は、非磁性ブロック（例えば、ステンレス鋼製ブロック）１２に、ボンド磁石１４を挿入、抜出可能な円形の被着磁物収容穴１６が設けられると共に、被着磁物収容穴１６の外側面から放射状に延びる１０本の断面矩形の溝１８が等角度の間隔で設けられている。溝１８には、ボンド磁石１４よりもキュリー点が高い断面四角形の棒状の着磁用磁界印加手段としての着磁用永久磁石２０がそれぞれ埋設されている。
例えば、着磁用永久磁石２０として、キュリー点が約８５０℃のＳｍＣｏ系焼結磁石を用いることができる。

以下に、ボンド磁石１４から多極着磁されたボンド磁石１４０を製造する方法について説明する。
ボンド磁石１４０の製造方法は、ボンド磁石の近傍に着磁用磁界印加手段を配置し、前記ボンド磁石を、そのキュリー点以上の温度に上昇させる加熱工程と、キュリー点以上の温度に達した前記ボンド磁石を、キュリー点未満の温度まで降温させつつ、その間、前記着磁用磁界印加手段により前記ボンド磁石に着磁磁界を印加し続ける着磁工程とする。その際、前記ボンド磁石に含まれる磁石粉体の粒径を、熱揺らぎが生じる粒径に制御する。

先ず、粒径制御工程で、ボンド磁石１４に含まれる磁石粉体の粒径を、熱揺らぎが生じる粒径に制御する。
磁石粉体の粒径が、熱揺らぎが生じる粒径に制御されたボンド磁石１４として、例えば、キュリー点が３００℃〜５００℃のボンド磁石としての希土類鉄系ボンド磁石であるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ等方性磁石が挙げられる。ここで、ボンド磁石１４として、磁石粉体の粒径を細かく制御したボンド磁石１４を用いる。例えば、磁石粉体は、急冷薄帯を粉砕することによって得ることができる。磁石粉体の粒径の制御としては、制御された粒径を１００μｍ以下、好ましくは７５μｍ以下に制御する。粒径は、小さいほど作用が顕著であるが、粉砕方法等によって下限値は異なる。

加熱工程では、粒径制御工程で粒径の制御された磁石粉体を含むボンド磁石１４を、そのキュリー点以上に加熱した状態で、被着磁物収容穴１６に挿入する。
着磁工程では、着磁用永久磁石２０により着磁磁界を印加する。そして、ボンド磁石１４を着磁治具１０内に設置したままボンド磁石１４のキュリー点未満の温度まで冷却し、その後、着磁治具１０から取り出す。例えば、ボンド磁石１４のキュリー点をＴｃとしたとき、（Ｔｃ＋３０℃）以上の温度まで加熱した後、着磁磁界中で（Ｔｃ−５０℃）以下の温度まで冷却するのが特に好ましい。
なお、加熱には、例えば、抵抗加熱、高周波加熱、レーザ加熱、高温ガスフロー加熱、高温液中加熱など任意の手段を用いてよいが、特に、短時間で加熱可能な高周波加熱法などが好ましい。冷却は、自然放冷の他、水冷、空冷、ガス吹き付けなどの強制放冷、加熱温度調整など任意の方法で行ってよい。不活性雰囲気中での作業が必要な場合には、不活性ガスフローを行う。ボンド磁石１４および多極着磁されたボンド磁石１４０は、移動機構（図示せず）によって、着磁治具１０の被着磁物収容穴１６に容易に且つ迅速に挿入でき、且つ被着磁物収容穴１６から容易に且つ迅速に取り出せるようにするのがよい。

以上述べた工程によって、ボンド磁石１４であるリング状の永久磁石の外周面には、着磁磁極に対応した磁極が現れ、多極着磁されたボンド磁石１４０が得られる。図２は、多極着磁されたボンド磁石１４０であるリング状の永久磁石に施されている多極着磁の状況を示す平面図である。符号２２は、着磁磁界の向きを表している。

着磁特性の評価は、テスラメータにより表面磁束密度を測定することにより、定量的に行うことができる。
図３は、多極着磁したボンド磁石１４０の外周面を、任意の点を基準として中心角［度］に対する表面磁束密度（オープン）Ｂｏ［ｍＴ］を測定した図である。
測定は、図３に示すように、多極着磁したボンド磁石１４０の外周面を、任意の点を基準として中心角［度］に対する表面磁束密度（オープン）Ｂｏ［ｍＴ］の変化を連続的に求めることで行う。以降の実施例は、全極のＢoピーク値（絶対値）の平均値を着磁特性として示した。

（実施例）
実施例に用いたボンド磁石１４は、外径φ２．６ｍｍ、内径φ１．０ｍｍ，厚さ３ｍｍのＮｄ系ボンド磁石であり、ここでは磁石粉体として表に示したサンプルＤ（キュリー点３５０℃）を用い、外周からの１０極着磁（極ピッチ０．８ｍｍ）とした。磁石粉体は急冷薄帯を粉砕し、バインダ樹脂としてエポキシ樹脂を磁石粉体に対して２．５ｗｔ％混合して成形した。
着磁治具１０を用いて、加熱温度を３８０℃で３ｓｅｃとし、温調温度まで冷却して６ｓｅｃ後に取り出して多極着磁されたボンド磁石１４０を得た。
図４は、制御された粒径の範囲が３００μｍ以下の磁石粉体を用いたボンド磁石１４と７５μｍ以下の磁石粉体を用いたボンド磁石１４とで着磁特性を比較した図である。また、図５は、冷却時の取り出し温度である温調温度５０℃での着磁特性を基準として、より高温での着磁特性減少率の粒度依存を示した図である。なお、これらのサンプルは、寸法・重量を統一（成形体密度：５．９Ｍｇ／ｍ^３）とした。横軸は温調温度（℃）、縦軸は着磁特性（ｍＴ）を示している。

図４および図５において、粒径によらず、温調温度５０℃での着磁特性は同様に高いが、温調温度が高温になるほど粒径の小さい方は熱減磁が大きくなり、特性差が生じていることがわかる。
磁石粉体は急冷薄帯を粉砕した特異な形態である。つまり、粒径が小さくなることは磁石粉体の形状（アスペクト比）が変化することを示し、反磁界の作用を受けやすくなり熱揺らぎによる減磁量が増大するためと判断できる。
つまり、高着磁特性を実現でき、しかも低い着磁特性に制御可能となる。なおこれは不可逆減磁量の制御であり、永久減磁は伴わない。

この結果から、小さい粒径へのシフトをあらかじめ粉砕することにより粒径制御工程を実施しても良いし、その他、ボンド磁石１４の成形時の磁石粉体の割れを利用し粒径を細かくすることも有効である。成形圧を上げることは、磁石粉体の割れを伴いながら緻密化を進行させることであり、その作用を利用することになる。
図６は、１．５ｔｏｎ／ｃｍ^２および７．５ｔｏｎ／ｃｍ^２の成形圧の違いによる着磁特性の差を示した図である。
図６において、７．５ｔｏｎ／ｃｍ^２の成形圧で成形したボンド磁石は、特性調整幅が広がる。密度が異なるため着磁特性の絶対値は異なるが、特性調整の観点では有効利用できる挙動である。本効果を応用することで、工業的に広く利用可能となる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

また、上記の説明は被着磁物であるリング状永久磁石を外側から着磁する例であるが、本発明は、外側からの着磁と同様に、内側から、あるいは内外両側からの着磁にも適用できる。これらの着磁方法によって、被着磁物であるリング状の永久磁石の内周面あるいは内外周両面には、着磁磁極に対応した磁極が現れる。
また、本発明では、着磁用磁界印加手段を軸方向で１段のみ設置する構成の他、上下２段に配設する構成も可能である。
また、スキュー着磁に関しては、例えば着磁用の永久磁石を傾けて配列することによって実現可能である。

さらに、例として挙げたボンド磁石の形状、大きさ、磁石粉体の種類、ボンド磁石のキュリー点、着磁用永久磁石のキュリー点等は、実施形態以外の選択も可能である。
また、その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。

１０：着磁治具、１２：非磁性ブロック、１４：ボンド磁石、１６：被着磁物収容穴、１８：溝、２０：着磁用永久磁石、２２：着磁磁界の向き、１４０：多極着磁されたボンド磁石。

Claims

圧縮成形されたボンド磁石の近傍に着磁用磁界印加手段を配置し、前記ボンド磁石を、そのキュリー点以上の温度に上昇させる加熱し、キュリー点以上の温度に達した前記ボンド磁石を、キュリー点未満の温度まで降温させつつ、その間、前記着磁用磁界印加手段により前記ボンド磁石に着磁磁界を印加し続けて着磁されたボンド磁石を得る着磁工程に使用するための前記ボンド磁石の圧縮成形時に、前記ボンド磁石に含まれる磁石粉体の粒径を、熱揺らぎが生じる１００μｍ以下に制御して減磁量を増加させる方法。
前記磁石粉体の粒径を、前記ボンド磁石の圧縮成形時の成形圧によって制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記ボンド磁石の圧縮成形前の前記磁石粉体の粒径が３００μｍ以下で、前記成形圧が７．５ｔｏｎ／ｃｍ^２以上である
ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
前記磁石粉体が希土類鉄系磁石である
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
前記希土類鉄系磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石である
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。