JPS6326337A - 永久磁石による渦電流制動の抑制効果を有するモ−タ用低透磁率鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、永久磁石と励磁コイルを組合わせて構成され
るモータにおける磁気シールド用鋼板に関し、特に、永
久磁石によって生ずる渦電流制動を抑制し、駆動電流の
無駄な消費を最小限に抑えることのできる磁気シールド
用のモータ用鋼板に関するものである。

［従来の技術］ 各種の電動玩具、ラシオカセットレコーター、ビデオテ
ープレコーダ、コンパクトディスクプレーヤ、カーステ
レオ等の音響機器や各種家電製品、ブロツビーディスク
ドライブ、電子タイプライタ−、ファクシミリ、ＰＰＣ
複写機等のオフィスオートメーション関連機器、更には
生産・加工分野における自動化・合理化を目的とするフ
ァクトリ−・オートメーション関連機器等の製作におい
て、マイクロモータは動力部品として重要な使命を担っ
ている。そして上記の様な機器の小型化が進むにつれて
マイクロモータは更に小さなものが要求されるようにな
り、それに伴ってマイクロモータに使用される永久磁石
は、従来のフェライト系磁石から保磁力の大きい稀土類
系磁石に穆行しつつある。他方マイクロモータの配設場
所近傍には多数の関連電子部品が隣接して密に配設され
るが、それらの電子部品は外部磁気によって少なからぬ
悪影響を受けるので、マイクロモータに使用される永久
磁石による磁気漏洩は極力抑えなければならず、磁気シ
ールド材はますます重要なものとなってきている。

たとえば第３図は、磁気ディスクドライブ等に使用され
るフラットモータを例示する一部破断側面図であり、図
中１は回転軸、２はプーリ、３はロータ、４は永久磁石
、５はコア、６は励磁コイル、７はケーシング材、８は
磁気シールド鋼板を夫々示す。図示する様なフラットモ
ータにおいて磁気シールド鋼板８は、永久磁石４や励磁
コイル６の磁気か該鋼板８の上方に配置されるフロッピ
ーディスクに悪影響を及ぼさない様に磁気を遮断する機
能を果たすものである。この様な磁気シールド鋼板ある
いは同様の趣旨で使用される磁気シールドケーシング材
等は安価で成形加工性の優れた低炭素鋼板（たとえばリ
ムド鋼やアルミキルド鋼等の冷延鋼板）が汎用されてお
り、また−部の高級用途（例えばマイクロモータ）につ
いては０．５〜３，５％程度のＳｔを含む極低炭素珪素
鋼板が使用されている。これらの磁気シールド鋼板の製
造にあたってはいずれも磁気特性に主眼を置いた加工法
が採用されており、冷間圧延後焼鈍した状態で使用する
か、あるいは鋼板表面のストレッチャー・ストレイン等
の表面状況を良くするため加工率３％以下の調質圧延が
施された状態（即ち焼鈍状態に近いもの）で使用するの
が常識とされていた。

（発明が解決しようとする問題点］ フラットモータに使用される磁気シールド鋼板は、前述
の如くモータ駆動源に設けられた磁石がフロッピーディ
スク等に悪影響を及ぼさない様にするために配設される
ものであり、前述の様な既開発の磁気シールド鋼板でも
一応目的は果たされている。ところがモータの小型化及
び永久磁石の磁力アップが進むにつれて、次の様な新た
な問題が生じることか明らかになってきた。

たとえは第４図（八）はフラットモータの原理を示す横
断面略図、第４図（Ｂ）は同平面略図であり、図中の符
号は第３図の符号に対応させている。第４図（Δ）に示
す如く磁気シールド鋼板（以下単に鋼板と略記すること
がある）８を静止的に配置し、且つ該鋼板８の周縁側下
面に設けた励磁コイル６の作用によって永久磁石４が鋼
板８の下面近傍で回転するものとした場合（永久磁石４
を静止的に配置し鋼板８を回転させる様に構成した場合
も木質的には同じであり）、鋼板８にはフレミングの右
手の法則に従う方向の起電力が誘起され、その結果とし
て第４図（Ｂ）に破線矢印で示す様な渦電流が発生する
。そうすると該渦電流と磁極の間にフレミングの左手の
法則に従って、永久磁石４の回転方向く白抜き矢印）と
は逆方向の回転力が生じ、永久磁石の運動を阻止する方
向の力が銹発される（一般にこれを渦電流制動と称して
いる）。この様な渦電流制動が生じると千−夕の駆動電
流が無駄に消費されることになり、消費電力が増大する
ばかりでなく、同一駆動力を得るためには磁石の磁力自
体も増大しなければならなくなり、小型化の要請にも答
えられなくなる。」下記渦電流制動は、永久磁石の６ｎ
力が増大すればするほど顕著に現われる傾向が見られ、
モータの高性能化及び小型化を推進していくうえで大き
な障害になることが明白である。

本発明は上述の様な事情に着目してなされたものであっ
て、その目的は、モータの永久磁石に起因する渦電流制
動を低レベルに抑えることのできる低透磁率鋼板を提供
しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係るモータ用低透磁率鋼板の構成は、Ｃ：　０
．００１〜０．２％（重量％二以下同じ）Ｍ　ｎ　　：
　　０．０５　　〜５％ を含有する他、下記Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＣｒよ
りなる群から選択される少なくとも１種の元素を含み、 Ｓ　ｉ　：　０．００１〜３．５％ Ａ　　１　　：　　０．００１　〜５％Ｃｕ　　：　　
０．００５　〜３　％ Ｎ　　ｉ　　：　　０．００５　〜３％Ｃｒ　　：　　
０．００５　〜３　％ 残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、冷間加工まま
であるところに要旨を有するものである。

［作用］ 渦電流によって生じるモータ回転の制動力（Ｗｅ）は、
下記［Ｉ］式に示す如く板材の電気抵抗（ｐ）に反比例
すると共に透磁率（μ）の累乗（Ｘ）に比例することが
知られている。

μ８ Ｗｅｃｃｍ　　・・・・・・［■コ ρ そこで本発明者らは透磁率（μ）を小さくすることによ
って渦電流制動を抑制しようとして研究を進めた。

モータの磁気シールド用鋼板としては、前述の如く磁気
特性に主眼を置き加工性を考慮して成分調整及び調質な
行なったものが使用されており、代表的なものは■加工
歪等の最も少ない焼鈍羽あるいは調質圧延された焼鈍材
と、■磁気特性の良好な０．５〜３．５％のＳｔを含む
珪素鋼焼鈍旧であり、いずれにしても焼鈍を施すことが
必須の要件であると考えられていた。ところが本発明者
らが透磁率の低減に主眼を置いて鋼材の成分組成や調質
処理法について様々の研究を進めるうち、特定成分組成
の鋼材を選択した場合はむしろ冷間圧延ままの方が低透
磁率を示し前記渦電流制動の非常に小さな磁気シールド
鋼板になり得ることを確認することに至ったものである
。

以下、鋼材の化学成分を特定した理由及び冷間圧延まま
と定めた理由を詳細に説明する。

まず鋼材の化学成分を特定した理由は次の通りである。

Ｃ：　０．００１〜０．２％ Ｃは鋼板の強度及び加工性に影響を与える元素として知
られているが、その他モータの性能向上に欠くことので
きない飽和磁束密度、更には渦電流制動抑制効果を左右
する透磁率にも影響を及ぼす元素であることが分かった
。そして冷間圧延ままの状態で使用する場合において、
飽和磁束密度を低下させることなく透磁率のみを低下さ
せ、その結果として良好な渦電流制動抑制効果を発揮さ
せるためには０．００１％以上含有させなければならな
い。尚Ｃ量を０．００１％未満にしようとすれば製鋼時
の脱炭極限近くまで進行させなければならず、製造コス
トの面から実用性を欠くばかりでなく、鋼材の強度も不
足気味となる。一方、Ｃが０．２％を超えると熱間加工
性及び冷間加工性のいずれも劣悪となり、加工性の面か
ら実用性を欠くものとなる。Ｃ量のより好ましい含有率
は０．０２〜０．１％である。

Ｍｎ：０．０５〜５％ Ｍｎは鋼板の飽和磁束密度を低下させずに透磁率を低下
させるための最も重要な元素であり、０．０５％未満で
は透磁率を十分に低くすることができず、目的とする渦
電流制動抑制効果が得られなくなる。しかもＭｎは微量
不純物として混入してくるＳを固定して熱間圧延時の加
工性低下を防止する作用も有しており、Ｍｎ量が０．０
５％未満ではＳに対する上記固定効果も不十分となって
熱間加工性が低下する。一方Ｍｎが５％を超えると、鋼
板の飽和磁束密度が低下しモータ構成部材としての適性
を欠くものとなる。Ｍｎのより好ましい含有率範囲は０
．１〜２．０％であり、この範囲であれば加工性及び渦
電流制動抑制効果の両面を満足し、且つ高磁束密度を与
える鋼板を得ることができる。

Ｓ　ｉ　：　０．００１〜３．５％ Ａ　ｔ　：　ｏ、ｏｏｔ〜５％ Ｃｕ　：　０．００５〜３％ Ｎ　ｉ　：　０．００５〜３％ Ｃｒ　：　０．００５〜３％ 上記各元素は、上記Ｍｎとの共存下で鋼板の飽和磁束密
度や透磁率及び加工性に影響を及ぼす元素であり、特に
飽和磁束密度を低下させないで低透磁率を得るためには
、上記元素の少なくとも１つを前記所定量以上含有させ
なければならない。

しかもこれらの元素は何れも鋼材の電気抵抗を高めて渦
電流制動を抑制する機能も有しており、こうした機能を
発揮させるためにも、少なくとも１種を規定量以上含有
させなければならない。しかしながら上記元素のうちＳ
ｉやＡＩが規定範囲を超えると鋼板の冷間加工性が極端
に悪くなって実用不能となり、またＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒの
量が規定範囲を超えると鋼板の飽和磁束密度が低下しモ
ータ構成体としてのｌｉｎ気シールド性が発揮されなく
なる。

上記各元素のより好ましい含有率範囲は夫々Ｓ　ｉ　：
　０．０５〜３．０％、　Ａ　Ｉ　＋　０．０５〜３．
０％、Ｃｕ：　０．５〜２．５％、　Ｎ　ｉ　：　０．
５〜２．５％、Ｃｒ：０５〜２．５％である。

尚上記鋼材の残部成分はＦｅおよび不可避不純物であり
、不可避不純物としてはＰやＳ等が例示されこれらは不
純物量に止まる限り本発明の目的を害することはないが
、強度や加工性等を合わせ考えても少ないにこしたこと
はない。

本発明は上記化学成分からなる鋼材を素材として使用す
るもので、その加工に当たっては熱間圧延、中間焼鈍、
冷間圧延を順次施して最終の板厚に調整されるが、最終
的には冷間圧延ままの状態で使用することを必須とする
。

しかしてモータの磁気シールド用に使用される鋼板は、
前述の如く所定の磁気特性を確保するため仕上げ冷間圧
延の後焼鈍処理することが必須であると考えられており
、現に冷間圧延ままの状態で使用する例はない。ところ
か本発明者らが上記化学成分の鋼材を対象として種々研
究を行なったところでは、従来の常識に反して該鋼材を
冷間圧延ままの状態で使用すれば、渦電流制動抑制効果
の良好な鋼板となることを知った。この理由は必ずしも
理論的に究明し得た訳ではないが、次の様に考えること
ができる。

即ち上記化学成分からなる鋼板に冷間加工歪を残してお
くと焼鈍材に比べて透磁率が著しく低い値を示し、永久
磁石によって磁化される王が低減し、結果的に渦電流が
抑制されるものと考えられる。ちなみに本発明に係る鋼
板の渦電流制動抑制効果を有効に発揮させるためには、
少なくとも３％以上の冷間加工率を加えたものでなけれ
ばならず、冷間加工率が３％未満のものでは加工歪が少
なく満足のいく渦電流制動抑制効果を得ることかできな
い。

尚本発明において「冷間加工まま」とは最終的に玲間加
工率約３％を超える加工歪を有する状態のものを意味す
るものであり、最終仕上げ冷間圧延ままの状態、あるい
は冷間圧延後−旦焼鈍処理を施し次いで再び所定の加工
率で冷間圧延を施した状態のものを総称する。

たとえば第１図は、第１表に示す４種の鋼コイル（１０
００ｍｍｗｘ　０．７０　ｍｍｔ）を対象として、冷間
加工率と渦電流制動（回転制動カニ測定法は後述）を調
べた結果を示したものであり、何れの調料についても冷
間加工率を３％以上、より好ましくは８％以上とするこ
とによって、回転制動力を著しく低減させることがてき
、殊に本発明で規定する上記成分組成を満たす鋼板は、
珪素鋼板に比べても回転制動力が一段と低いことを確認
することかできる。

第１図からも明らかである様に冷間加工率の上限は特に
存在しないが、実用性を考えれば９０％程度以下が適当
である。

また第２図は、冷間圧延まま（加工率５０％）の鋼板と
該鋼板を歪取り焼鈍（７２０℃Ｘ３ｈｒ）したものにつ
いて、夫々の電気比抵抗と回転制動力の関係を示したグ
ラフである。但し用いた鋼板の化学成分は何れも本発明
の規定要件を満たすものとし、電気比抵抗は主としてＳ
ｉ、Ｍｎ及びＡＩの含有率を増減することによって調整
した。

第２図からも明らかな様に回転制動力は電気比抵抗が増
大するにつれて減少する傾向があり、これは前記［１］
式から求められる傾向と合致する。しかしながら電気比
抵抗が同一であっても、冷間圧延ままの本発明材は焼鈍
材比べて格段に小さな回転制動力値を示しており、本発
明の特徴が端的に現われている。またこの図からも明ら
かな様に本発明鋼板においても電気抵抗は高４−１れば
高いほど高い渦電流制動抑制効果が得られるので、前記
化学成分範囲内で電気抵抗をできるだけ高め得る様に化
学成分を調整することは極めて有効な手段である。

本発明の鋼板は、たとえば第３図で説明した様にモータ
とフロッピーディスク等を仕切る磁気シールド板として
、あるいはモータ外への磁気漏れを防止するための磁気
シールドケーシング材として使用されるが、第３図に示
した様な使用態様の場合該鋼板自体がモータの磁気回路
を構成しており、コイル位置での磁束密度が大きくなる
様に設計される。そのため該鋼板か薄くなるとモータに
所定の回転力を与えることかで籾なくなるばかりでなく
強度不足や磁気漏れの問題も生じてくるので、該鋼板の
肉厚は０．１　ｍｍ以上、より好ましくは０．５　ｍｍ
以上とするのがよい。また本発明の鋼板を実用化するに
当たっては、回転子（ロータ）永久磁石側に本発明の鋼
板を使用し、永久磁石の反対側に、軟鉄の如き磁束を通
す材料を貼り合わせたラミネート板を使用することもで
き、この場合は永久磁石側に位置する鋼板さえ本発明の
規定要件を満たずものであれば、目的を十分に果たすこ
とができる。

［実施例］ 実施例１ 第３図に示す様なブラッンユレス・フラットモータの磁
気シールド鋼板として第２表に示す化学成分の鋼板（焼
鈍ままのもの及びその後５０％の冷間圧延を施したもの
；板厚は０．３〜１ｍｍに調整）を用いてモータを組立
て、渦電流によって生じる回転制動力を調べた。

（回転制動力測定法） 定速回転の動力源を使用し、各供試鋼板を用いたモータ
の回転軸を定速回転させる。このとき、モータは駆動電
流を流さない状態で回転制動力によって回転軸にかかる
ねじり応力を、ひずみゲージ又はトルクセンサー等によ
って測定する。この回転制動力測定に用いた各鋼板の電
気比抵抗及び回転制動力を第２表に一括して示す。

第２表から次の様に考察することができる。

■実験Ｎｏ、　　１〜１０は何れも本発明で規定する化
学成分を満足する鋼材であり、加工性等には全く問題が
なく、またその焼鈍材の回転制動力は高い値を示してい
るが、冷間圧延材はいずれの場合も低い値が得られてい
る。また回転動力値は、電気比抵抗（ρ）の高いものほ
ど低い値を示しており、電気抵抗の大きいものが優れた
渦電流制動抑制効果を発揮し得ることを確認することが
できる。

■実験Ｎｏ、１１〜１４は、Ｃ，Ｓｉ、Ｍｎ。

Ａｌのいずれかの化学成分が本発明で規定する化学成分
を超える鋼材であり、飽和磁束密度の低下によると考え
られる。漏洩磁気を防止する磁気シールド効果に難があ
る。しかしながら、５０％の冷間圧延した状態で回転制
動力効果を発揮し得る。

実施例２ 第３表に示す３種の鋼板（板厚は０．２５〜１．０　ｍ
ｍで焼鈍材及び冷延まま材を含む）を色々組合せて積層
鋼板を作製し、各積層板について実施例１と同様の方法
で回転制動力を調べた。

結果を第４表に一括して示す。尚焼鈍材と冷延まま材を
積層して使用する場合においては、冷延まま材が永久磁
石側となる様に配置して実験を行なった。また各板材の
肉厚は夫々の符号の後の（）内に記入した。

第　　　４　　　表 ＊　ポリ塩化ビニル 第４表の結果からも明らかな様に、本発明の規定要件を
満たす鋼板及び積層板は何れも低い制動電流値を示して
いるのに対し、本発明の規定要件を欠く比較材の回転制
動力（任意スケール）はいずれも非常に高い値を示して
いる。

［発明の効果コ 本発明は以上の様に構成されており、鋼材の化学成分を
特定すると共に冷間圧延ままの状態で使用することによ
って、飽和磁束密度に悪影響を及ぼすことなく、磁気シ
ールド性及び渦電流制動効果の卓越した鋼材を提供し得
ることになった。

従って高磁力を有する永久磁石を用いた場合に顕著に現
われる渦電流に起因するモータ出力の低下乃至動力の無
駄な消費を抑制することができ、特にマイクロモータの
高性能化、小型化に寄与する効果は極めて大とい。しか
も本発明に係る鋼材の主たる配合元素はＭｎであり非常
に安価であるので、従来の低炭素珪素鋼板等に比べても
格安に提供することができ、コスト面からの要請にも十
分に答えることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は実験データを示したもので、第１図は冷間
加工率と回転制動力の関係を示すグラフ、第２図は焼鈍
材と冷延材について電気比抵抗と回転制動力の関係を対
比して示すグラフ、第３図はプラッシュレスタイプのフ
ラットモータを例示する一部破断側面図、第４図（約、
（Ｂ）は渦電流制動が生ずる要因を説明するための概略
説明図である。 １：軸　　　　　　　　２：ブーリ ３：ロータ　　　　　　４：永久磁石 ５：コア　　　　　　　６：励磁コイル７：鉄ケース　
　　　　８：磁気シールド鋼板０−菊赫Ｒ 回嚇薯−Ｒ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｃ：０．００１〜０．２％（重量％：以下同じ）Ｍｎ：
   ０．０５〜５％ を含有する他、下記Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＣｒよ
   りなる群から選択される少なくとも１種の元素を含み、 Ｓｉ：０．００１〜３．５％ Ａｌ：０．００１〜５％ Ｃｕ：０．００５〜３％ Ｎｉ：０．００５〜３％ Ｃｒ：０．００５〜３％ 残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、冷間加工まま
   であることを特徴とする、永久磁石による渦電流制動の
   抑制効果を有するモータ用低透磁率鋼板。