KR930011893B1 - 연질자기층을 갖는 영구자석 센서소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

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Description

연질자기층을 갖는 영구자석 센서소자의 제조방법

제1도는 본 발명의 방법으로 제조된 위치 센서의 개략도.

제2도는 영구 자기 물질과 연질 자기 특성을 가지는 아몰퍼스형의 동일 물질의 탈자화 곡선이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 자기 위치 센서 12 : 모놀리딕 보디

14 : 영구 자석 16 : 연질 자기층

18 : 센서 20 : 여기 소자

본 발명은 자기 센서를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 특허청구범위 제1항의 전문에 특정된 바와 같이 예를들면 EP-A-O 357200으로 공개된 연질자기 특성의 집적 박막 표면층을 가지는 영구자석을 제조하는 방법에 관한 것이다.

민감한 자기 위치 센서는 영구자석, 자석에 부착된 자속밀도 센서, 자속 센서에 영향하는 자기 자속을 변화하기 위해 자석을 지나 이동할 수 있는 톱니 여기소자를 통합한 EP-A-O 347200으로 제안되었다. 적정한 민강성을 위해, 연질 자기 특성을 가지는 강 자성체의 얇은 중간 층(약 0.1mm 두께)은 자석과 자속 센서 사이에 놓인다. 이것은 톱니 소자 이동체의 센서에 대하여 자속이 더 빨리 이동할 수 있게 한다.

이것은 자석에 대한 그러한 물질의 막을 보호하거나 분말자기 물질에 철 분말 층을 첨가하고 가압 및/또는 신터링으로 양쪽을 형성하는 것으로, 연질 자기층을 마련하도록 제안되고 있다.

이것은 영구자석이 고에너지 생성물을 가지는 고온가압된 Nd-Fe-B 합금이며 제너럴 모터즈 코퍼레이션의 상품인 MQ₂자석 물질로 제조됨을 더 제안한다.

미국특허 제4,792,3678(Lee)는 MQ₂물질이 봉수를 더 포함하며 열압된 희토류 철인 것을 공개하고 있다.

그 물질로부터 영구자석을 만드는 바람직한 제조방법은 고유보자력을 거의 가지지 않는 비정질 물질을 얻기 위해 멜트 스피닝으로 용융혼합 구성물을 오버 켄칭하고 이어서 희망하는 단단한 자기 특성을 위한 적정사이즈로 결정성장을 촉진하기 위해 열압하는 것을 포함한다.(같은 고에너지 생성 물질이 Nd₂Fe₁₄B상 및 인터 그래뉼러 상의 확산으로 이루어져 있는, 재 형성된 미립자 미세 구조를 형성하는 그러한 비정질 물질을 열압 및 열처리하는 것으로 형성될 수 있다.) 15KOe를 초과하는 고유 실온 보자력은 매우 높은 잔류자기와 고에너지 생성에 따라 단순 열압처리된 물질에서 얻어진다.

자석물질은 오버 켄칭된 비정질 상태에서, 센서의 중간층의 희망하는 고자기 투과율이 나타난다.

본 발명의 목적은 표면층에서 연질 자기 특성을 얻기 위해 영구자석물질의 얇은 표면층을 처리하는 것으로 자기 센서를 제조하는 방법의 개량에 있다.

본 발명의 다른 목적은 희망하는 특성을 가지는 층을 아몰퍼스 상태로 바꾸는 방법을 제공한다.

본 발명의 또다른 목적은 연질 자기 특성을 증가시키기 위해 표면층의 구조 또는 화학적 성질이 변화되도록 자석표면을 처리하는 것으로 연질 자기층을 가지는 영구자석을 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 영구자석, 영구자석상의 고투자율층 고투자율층 상의 자기 감지소자 및 이동을 위해 감지소자에 관련하여 부착된 여기 소자의 조합을 포함하는 위치센서를 제조하는 방법에서, 고 보자력을 가지는 철에 기초한 합금으로 된 영구자석을 형성하고, 고에너지 비임에 의한 층의 용융과 보자력을 파괴하기 위한 층의 냉각을 신속히 하여 저 보자력과 고 투자율의 얇은 층을 형성하기 위해 자석의 표면을 처리하는 것으로 본래의 고 투자율층을 형성하는 단계를 포함하는 개선된 방법이 실행된다.

본 발명은 연질자기 특성을 가지는 비정질 구조를 표면층을 바꾸는 것을 포함한다.

또한 본 발명은 고 보자력을 만드는 미립자미세 구조를 가지는 Nd-Fe-B 합금의 영구자석을 형성하고, 자석의 얇은 층을 녹이기 위해 충분한 비임 파워 밀도를 가지는 에너지 비임으로 자석의 표면층을 녹이고, 표면층 미세구조에서 Nd-Fe-B상과 같은 알파철 미립자의 상분리 및 형성이 이루어지도록 그 층을 천천히 냉각하고 재소결하여 층의 연질 자기특성을 증대하는 단계를 포함하는, 고투자율과 저보자력 표면층을 가지는 영구자석의 형성방법으로 실행된다.

이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명한다.

제1도에 보인 자기 위치 센서(10)는 영구자석(14)에 결합된 모놀리딕 보디(12)와 자석(14)의 일 표면상의 연질 자성체 층(16)을 포함한다. 층(16)에 부착된 자속밀도 센서(18)는, 도시하지 않은, 자속변화를 지지하는 출력신호를 제공하기 위해 외부회로에 납으로 연결된다. 자기물질의 여기 부(20)는 센서(18) 및 층(16)에서 공간을 두고 떨어져 있으며, 일반적으로 층(16)에 평행하게 이동할 수 있으며 여기부가 이동할 때 자석의 자속통로에 영향하는 일련의 톱니(22)를 가진다. 여기 통로의 이동을 전자속밀도에 거의 영향하지 않지만 자석(14)폭을 따른 자속밀도의 공간분포가 변하여 센서(18)로 감지되는 예리한 국부자속밀도 변화를 만든다.

연질 자기물질층(16)의 효과를 장치의 감도를 크게 증가시킨다. 0.03에서 0.05mm 두께의 층이면 충분한 것으로 고려된다. 이 장치는 여기에서 인용된 EP-A-O 375200에서 더 상세히 설명된다. 여기에 인용된 미국특허 제4,792,367(Lee)는 바람직한 자기 물질의 제조에 대해 기술하고 있다.

Nd₂Fe₁₄B상을 만들기 위해 수정된 특성의 네오디뮴(Nd), 철(Fe), 붕소(B)의 용융 혼합물인 이전의 물질은 저 포화 보자력과 그 투자율을 가지는 비정질 무질을 형성하기 위해 멜트-스피닝으로 즉시 담금질된다. 이 물질은 매우 높은 포화 보자력과 낮은 투자율을 가지는 영구자석으로 바뀐다. 이 물질의 특성은 영구자석물질(24)과 비정질 또는 연질 자성물질(26)에 대한 제2도의 소자화 곡선에서 대조된다.

제2도에서 특정지우고 있는 비정질 물질과 같거나 그렇지 않은 연질 자기 특성에 대한 영구자성체의 얇은 층을 변경하는 것으로 층의 미세구조 변화 및/또는 화학적 변화를 만들 수 있다.

충분한 파워밀도의 레이저 비임이나 전자 비임으로 표면을 가열하여 물질의 얇은 층을 녹일 수 있다.

다음, 층의 냉각비를 조절하는 것으로 물질이 냉각비에 의존하여 미세구조를 형성하게 재 소결한다. 용융깊이와 냉각비를 비임파워밀도로 조절된다.

예를들면 자석을 8mm 두께로 처리할 때, CO₂레이저에서의 1.26×10⁴W/㎠ 비임파워밀도가 표면 용융에 충분했으며 0.3mm 두께의 층이 만들어진다.

큰 파워밀도는 그 두께를 증가하게 되게 냉각을 느리게 한다. 용융단계는 자석표면의 희망하는 영역을 점진적으로 녹이기 위한 패턴으로 레이저 비임으로 표면을 스캔하는 것을 포함한다. 표면층(16)은 층(16)의 연질 자기특성을 점진적으로 증가시키기 위해 반복적으로 용융되고 재소결될 수 있다. 표면층의 자기 투자율은 재소결된 미세 구조의 페라이트의 구성을 촉진하는 것으로 증가된다. 거의 평형 조건하에서 합금의 용융 및 재고하는 표면층 미세 구조의 비교적 큰 알파 철 입자의 중대한 불륨 플랙션을 초래하는 상분리를 허용한다.

여기에 이르기 위한 냉각비는 10⁴℃/sec가 적합하다. 이는 용융하여 비정질 물질을 형성하는데 이용되는 것보다 냉각비가 100배나 느리다. 두꺼운 용융층은 느린 냉각비를 초래한다. 알파 철층이 최종희망하는 두께보다 두꺼우면 얇은 층을 얻고 또한 매끄러운 마무리를 위해 표면을 연마한다.

본 발명방법의 일실시예는 얇은 층을 녹이기 위한 충분한 비임파워 밀도의 에너지 비임으로 표면층(16)이 처리될 때, 표면층(16)과 관련하고 있는 구성요소에 자석(14)을 배치하는 것으로 자석(14)의 표면층(16)을 화학적으로 변환하는 단계를 포함한다. 이같은 방법중 하나는 표면층(16)에 철 분말을 첨가하고 이어서 레이저 비임으로 표면층(16)을 녹여, 부가된 철이 용융 표면층 물질과 합금되게 한다.

알파-철이 체적비를 증가시키고 재-고화동안 형성된 단단한 자기 Nd₂Fe₁₄B상의 량을 줄이기 위하여, 산화분위기내에서의 용융은 고-활성 Nd를 선택적으로 산화시키는 경향이 있어, 이에 따라 Nd₂Fe₁₄B상의 형성을 제한하고 제-고화된 층의 투과성을 증대시킬 것이다.

의도된 효과를 극대화시키기 위하여는 다중통과, 즉 동일부위를 반복적으로 스캔하고 용융하는 것이 유익할 수 있다.

자기 위치센서를 제조하기 위하여, 영구자석 14, 바람직하게는 Nd-Fe-B 합금, 을 고에너지 비임으로 표면처리하여 상기한 바와 같은 공정중 하나로 자기적으로 유연한 물질로 된 얇은 층16을 형성하고, 자기레지스터 18과 같은 자기감지소자를 상기 얇은 층위에 설치하고, 여기소자 20을 감지소자를 지나 이동할 수 있도록 이동가능하게 설치한다.

Claims (10)

1. 영구자석(14), 영구자석(14)상의 고 투자율층(16), 고투자율층(16)상의 자기 감지소자 및 감지소자(18)에 관련한 이동을 위해 설치된 여기 소자(20)를 조립함을 포함하는 위치 센서(10)의 제조방법에 있어서, 고보자력을 가지는 철 기초-합금으로 영구자석(14)을 형성하는 단계와, 고-에너지 비임으로써 상기 자석(14)의 표면을 급속 용융시킨후 보자력을 감소시키기 위해 표면을 냉각시킴으로써 자석(14)의 표면을 처리하여 저보자력 고투자율이 얇은 층을 형성하는 고-투자율층(16)형성 단계;를 포함하는 영구자석 센서소자제조방법.
2. 1항에 있어서, 상기 영구자석(14)은 고보자력을 나타내는 미세한 구조의 Nd-Fe-B 합금으로 형성되고, 상기 고-투자율 저-보자력층(16)은 얇은 층(16)을 용융시키기에 충분한 비임 파워밀도를 갖는 에너지비임으로써 자석의 표면층을 금속 용융 한 후, 저보자력 및 고투자율을 갖는 본질적으로 비정질인 미세구조를 형성하기 위해 표면을 급속 재-고화(固化)(re-solidify)시키도록 층(16)을 냉각함으로써, 자석상에 원위치(in-situ) 형성됨을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용융단계는 자석표면의 희망영역을 점진적으로 높이기 위한 패턴으로 레이저 비임으로 표면을 스캔함을 포함하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 표면층(16)은 층(16)의 연질자기 특성을 점진적으로 증가하기 위해 반복적으로 용융되고 재고화됨을 특징으로 하는 방법.
5. 1항에 있어서, 영구자석(14)은 고보자력을 나타내는 미세구조를 갖는 Nd-Fe-B 합금으로 형성되며, 상기 고-투자율, 저-보자력 층(16)은 얇은 층(16)을 용융시키기에 충분한 비임 파워밀도를 갖는 에너지 비임으로써 자석의 표면층을 급속 용융 한 후, 상분리 및 표면층 미세구조내에 Nd-Fe-b상 뿐 아니라 알파-철 그레인이 형성되도록 층(16)을 서서히 냉각시키고 재-고화, 시킴으로서 층(16)의 연질자기특성을 증진시킴을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 용융 단계는 자석표면의 희망영역을 점진적으로 녹이기 위한 패턴 레이저 비임으로 표면을 스캔하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 표면층(16)은 층(16)의 연질자기 특성을 점진적으로 증가하기 위해 반복적으로 용융되고 재 고화됨을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 영구자석(14)은 고 보자력을 나타내는 미세구조를 갖는 Nd-Fe-B 합금으로 형성되며, 상기 얇은 층(16)을 용융시키기에 충분한 비임 파워밀도를 갖는 상기 에너지 비임으로 표면층(16)을 처리할 때 표면층(16)과 결합하는 성분의 존재하에 자석(14)을 위치시킴으로써 자석(14)의 표면층(16)을 화학적으로 변환하고, 이어서 표면층 미세구조내에 철 그레인 형성을 일으키는 용융층(16)을 냉각 및 재-고화, 시킴으로써 층(16)의 유연자기특성을 증진시킴으로 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 용융 및 냉각 단계는 Nd-Fe-B 상의 양을 감소하고 재고화된 층(16)의 알파 철 함량을 증가하기 위하여 Nd를 산화시키기 위한 반응분위기내에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 표면층(16)을 화학적으로 변환하는 단계는 레이저 비임으로 표면을 표면 합금으로 것을 포함하며, 첨가된 철이 표면층(16)의 용융된 물질과 합금되도록 표면층에 철 분말을 첨가하는 단계를 포함하는 방법.

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