制造海尔贝克磁铁阵列体的方法与流程

1.本发明涉及制造海尔贝克磁铁阵列体的方法。

背景技术：

2.在专利文献1中记载了一种包含多个永久磁铁的海尔贝克(halbach)磁路，所述永久磁铁具有在相互不同的方向上被磁化了的多个区域。
3.海尔贝克磁路，一般地如图1所示，包含在一个方向上排列的多个永久磁铁，相邻的永久磁铁的磁化方向构成规定的角度(例如90
°
)。通过这样的排列，海尔贝克磁路的一面(表面)具有高的表面磁通量(表面磁通密度)，相反面(背面)具有低的表面磁通量或理想地表面磁通量为零。
4.在先技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2018－092988号公报

技术实现要素：

7.在将磁化了的多个磁铁粘接来制造海尔贝克磁路的情况下，由于磁铁间的排斥，难以进行准确的位置控制，需要大的外力。因此，这样的制造方法不适合于量产工艺。另一方面，在将未起磁的多个磁性体粘接后，将各磁性体在规定的方向上磁化来制造海尔贝克磁路的情况、以及如专利文献1那样在1个永久磁铁中形成在相互不同的方向上被磁化了的多个区域来制造海尔贝克磁路的情况下，具有海尔贝克磁路的表面和背面的磁通密度之比小的倾向。
8.因此，提供能够容易地制造表面和背面的磁通密度之比大的海尔贝克磁铁阵列体的方法。
9.根据本发明的一方式，提供一种制造海尔贝克磁铁阵列体的方法，该方法依次包含：
10.a)将至少2个第1磁性体片在与第1方向平行的方向上进行起磁的步骤，
11.其中，所述至少2个第1磁性体片与至少1个第2磁性体片在与所述第1方向垂直的第2方向上交替地配置，
12.所述至少2个第1磁性体片各自与相邻的第2磁性体片粘接，
13.所述至少2个第1磁性体片具有与所述第1方向平行的易磁化轴，
14.所述至少1个第2磁性体片具有与所述第2方向平行的易磁化轴，
15.在所述至少2个第1磁性体片和所述至少1个第2磁性体片满足下述式(1)的条件下进行所述起磁，
16.r1＞r2...(1)
17.在式(1)中，r1是所述至少2个第1磁性体片的剩余磁化率，用下述式(2)表示，r2是所述至少1个第2磁性体片的剩余磁化率，用下述式(3)表示，
18.r1＝br1/brs1...(2)
19.在式(2)中，br1表示对所述至少2个第1磁性体片施加了与其易磁化轴平行的外部磁场时的剩余磁化强度(residual magnetization)，brs1表示所述至少2个第1磁性体片的饱和剩余磁化强度(saturated residual magnetization)，
20.r2＝br2/brs2...(3)
21.在式(3)中，br2表示对所述至少1个第2磁性体片施加了与其易磁化轴平行的外部磁场时的剩余磁化强度，brs2表示所述至少1个第2磁性体片的饱和剩余磁化强度；和
22.b)将所述至少1个第2磁性体片在与所述第2方向平行的方向上进行起磁的步骤。
23.根据本发明的制造方法，能够容易地制造表面和背面的磁通密度之比大的海尔贝克磁铁阵列体。
附图说明
24.图1是示意地表示海尔贝克磁铁阵列体的一例的图。
25.图2是实施方式涉及的制造方法的流程图。
26.图3是示意地表示供于将第1磁性体片进行起磁的步骤的阵列体的一例的图。
27.图4是表示在实施例中使用的第1磁性体片和第2磁性体片的起磁特性的曲线图。
28.图5是表示在实施例中使用的第3磁性体片的起磁特性的曲线图。
29.图6是表示实施例1和比较例1、2的试验体的表面的磁通量相对于表面和背面的磁通量之和的比以及背面的磁通量相对于表面和背面的磁通量之和的比的图。
30.图7是表示实施例2和比较例3、4的试验体的表面的磁通量相对于表面和背面的磁通量之和的比以及背面的磁通量相对于表面和背面的磁通量之和的比的图。
31.附图标记说明
32.1：第1磁性体片；2：第2磁性体片；10：阵列体；20：海尔贝克磁铁阵列体。
具体实施方式
33.以下，适当参照附图来说明实施方式。本发明不限于以下的实施方式，能够在不脱离权利要求书所记载的本发明的精神的范围内进行各种的设计变更。再者，在以下的说明中参照的附图中，对相同的构件或具有同样的功能的构件标注相同的标记，有时省略重复的说明。另外，为了便于说明，有时附图的尺寸比率与实际的比率不同、构件的一部分在附图中省略等等。另外，在本技术中，使用符号“～”表示的数值范围包含在符号“～”的前后记载的数值来分别作为下限值以及上限值。
34.海尔贝克磁铁阵列体的制造方法，如图2所示，包含将第1磁性体片进行起磁的步骤(s1)和将第2磁性体片进行起磁的步骤(s2)。
35.a)第1磁性体片的起磁
36.首先，准备至少2个未起磁的第1磁性体片和至少1个未起磁的第2磁性体片。第1磁性体片和第2磁性体片包含永久磁铁材料。作为永久磁铁材料，可列举例如nd－fe－b系磁铁材料、sm－co系磁铁材料、sm－fe－n系磁铁材料、铁氧体系磁铁材料、al－ni－co系磁铁材料。第1磁性体片和第2磁性体片具有磁各向异性。即，第1磁性体片和第2磁性体片分别具有易磁化轴和难磁化轴。第1磁性体片和第2磁性体片可以具有任意的形状，例如可以为大
致矩形形状。第1磁性体片1和第2磁性体片2能够使用一般公知的制造方法来制造。作为第1磁性体片1和第2磁性体片2，也可以使用市售的磁性体片。
37.如图3所示，将第1磁性体片1和第2磁性体片2在规定的方向上交替地配置，将相邻的第1磁性体片1和第2磁性体片2粘接，得到阵列体10。在图3中，3个第1磁性体片1和2个第2磁性体片2交替地配置，但如果能够将第1磁性体片1和第2磁性体片2交替地配置，则至少2个第1磁性体片可以包含多于或少于3个的第1磁性体片1，至少1个第2磁性体片可以包含多于或少于2个的第2磁性体片2。第1磁性体片1和第2磁性体片2可以使用任意的粘接剂(adhesive agent)粘接。
38.在阵列体10中，第1磁性体片1的易磁化轴(在图3中，用空白箭头表示)与第1方向(图3的z方向)平行，第2磁性体片2的易磁化轴(在图3中，用空白箭头表示)与第2方向(图3的x方向)平行。在此，第1方向和第2方向相互垂直。另外，第2方向与第1磁性体片1及第2磁性体片2的排列方向平行。
39.接着，将阵列体10的第1磁性体片1在与第1方向平行的方向上进行起磁。隔着1个第2磁性体片2而彼此相邻的第1磁性体片1的磁化方向相差180
°
。
40.第1磁性体片1能够使用任意的起磁器进行起磁。例如，通过在起磁磁轭产生的磁场(外部磁场)中放置第1磁性体片1，能够将第1磁性体片1进行起磁。
41.根据第1磁性体片1和第2磁性体片2的起磁特性来适当地设定将第1磁性体片1进行起磁的外部磁场的强度、第1磁性体片1和第2磁性体片2的温度等条件，以使得在第1磁性体片1中产生充分大的剩余磁化强度、并且在第2磁性体片2中产生充分小的剩余磁化强度、或者第2磁性体片2的剩余磁化强度实质上成为零。
42.详细地讲，在第1磁性体片1和第2磁性体片2满足下述式(1)的条件下进行第1磁性体片1的起磁。
43.r1＞r2...(1)
44.在式(1)中，r1表示用下述式(2)表示的第1磁性体片1的剩余磁化率。
45.r1＝br1/brs1...(2)
46.在式(2)中，br1表示对第1磁性体片1施加了与其易磁化轴平行的外部磁场时的剩余磁化强度，brs1表示第1磁性体片1的饱和剩余磁化强度。
47.在式(1)中，r2表示用下述式(3)表示的第2磁性体片2的剩余磁化率。
48.r2＝br2/brs2...(3)
49.在式(3)中，br2表示对第2磁性体片2施加了与其易磁化轴平行的外部磁场时的剩余磁化强度，brs2表示第2磁性体片2的饱和剩余磁化强度。
50.满足上述式(1)的条件的例子在后面叙述。
51.b)第2磁性体片的起磁
52.接着，将阵列体10的第2磁性体片2在与第2方向平行的方向上进行起磁。隔着1个第1磁性体片1而彼此相邻的第2磁性体片2的磁化方向相差180
°
。
53.第2磁性体片2能够使用任意的起磁器进行起磁。例如，通过在起磁磁轭产生的磁场(外部磁场)中放置第2磁性体片2，能够将第2磁性体片2进行起磁。
54.可以根据第2磁性体片2的起磁特性来适当地设定将第2磁性体片2进行起磁的外部磁场的强度、第2磁性体片2的温度等条件，以使得在第2磁性体片2中产生充分大的剩余
磁化强度。
55.这样地来制造如图1所示那样的海尔贝克磁铁阵列体20。
56.以下，说明用于满足上述式(1)的条件。
57.在一实施方式中，第1磁性体片1比第2磁性体片2更容易起磁。在本技术中，“更容易起磁”意味着：在常温条件下将未起磁的磁性体以规定的剩余磁化率进行起磁所需要的外部磁场的磁通密度更小。通过第1磁性体片1比第2磁性体片2更容易起磁，能够在第1磁性体片1和第2磁性体片2为常温的条件下满足上述式(1)。因此，在本实施方式中，可以在常温下将第1磁性体片1进行起磁。
58.在该实施方式中，将第2磁性体片2在常温下以剩余磁化率98％进行起磁所需要的外部磁场的磁通密度b2和将第1磁性体片1在常温下以剩余磁化率98％进行起磁所需要的外部磁场的磁通密度b1之间的差可以大于0.2t。即，也可以满足式子：b2－b1＞0.2t。进而，也可以满足式子：b2－b1＞0.5t，特别是也可以满足式子：b2－b1＞1t。
59.在该实施方式中，在将第1磁性体片1进行起磁的条件下的第1磁性体片1的剩余磁化率r1例如可以为95％以上且100％以下，在相同条件下的第2磁性体片2的剩余磁化率r2例如可以为0％以上且小于95％。
60.一般地，磁性体片的起磁的容易度依赖于磁性体片的主相(例如，在nd－fe－b系磁铁材料的情况下，为nd－fe－b相)的比例、晶体粒径的大小等。第1磁性体片1可以具有比第2磁性体片2高的主相的比例、且/或可以具有比第2磁性体片2大的平均晶体粒径。由此，能够使第1磁性体片1比第2磁性体片2容易起磁。
61.另外，在该实施方式中，在将第1磁性体片1进行起磁的步骤中使用的外部磁场的磁通密度ba和在将第2磁性体片2进行起磁的步骤中使用的外部磁场的磁通密度bb也可以满足ba＜bb。在将第2磁性体片2进行起磁时，第1磁性体片1已经被起磁了，因此能够抑制或降低用于将第2磁性体片2进行起磁的外部磁场在第1磁性体片1的磁化方向上造成的影响，并且将第2磁性体片2充分地进行起磁。
62.在另一实施方式中，在第1磁性体片1具有比第2磁性体片2高的温度的条件下，将第1磁性体片1进行起磁。一般地，起磁时的磁性体片的温度越高，磁性体片的剩余磁化率越高。因此，在第1磁性体片1具有比第2磁性体片2高的温度的条件下，能满足上述式(1)。在该实施方式中，第1磁性体片1和第2磁性体片2可以是相同的磁性体片。再者，一般地，磁性体片的剩余磁化率的温度依赖性，依赖于在磁性体片中作为主成分包含的磁铁材料的种类、磁铁材料中的元素置换的有无及置换元素的种类、以及磁性体片的组织(例如晶体粒径)等。
63.在该实施方式中，也可以一边加热第1磁性体片1一边进行第1磁性体片1的起磁，也可以一边使第2磁性体片2为常温或者将其冷却至低于常温的温度，一边进行第1磁性体片1的起磁。在该实施方式中，也可以一边加热第2磁性体片2，一边进行第2磁性体片2的起磁，也可以一边使第1磁性体片1为常温或者将其冷却至低于常温的温度，一边进行第2磁性体片2的起磁。第1磁性体片1和/或第2磁性体片2能够使用任意的加热机构(例如热板电阻加热器以及橡胶加热器)进行加热。也可以使用带加热器的起磁磁轭进行第1磁性体片1和/或第2磁性体片2的加热及起磁。第1磁性体片1和/或第2磁性体片2能够使用任意的冷却机构(例如水冷块)进行冷却。
64.在该实施方式中，在将第1磁性体片1进行起磁的条件下的第1磁性体片1的剩余磁化率r1例如可以为90％以上且100％以下，在相同条件下的第2磁性体片2的剩余磁化率r2例如可以为0％以上且小于90％、或者可以为0％以上且60％以下。
65.以上，对本发明的实施方式进行了详述，但本发明并不限于上述实施方式，能够在不脱离权利要求书所记载的本发明的精神的范围内进行各种变更。也能够将上述实施方式进行组合来进一步提供实施方式。例如，也可以使用起磁容易度不同的第1磁性体片和第2磁性体片，在第1磁性体片和第2磁性体片具有相互不同的温度的状态下进行第1磁性体片的起磁和/或第2磁性体片的起磁。
66.实施例
67.以下，利用实施例具体地说明本发明，但本发明并不限于这些实施例。
68.实施例1
69.准备了3个第1磁性体片(钕磁铁烧结体)和2个第2磁性体片(钕磁铁烧结体)。再者，第1磁性体片和第2磁性体片均具有磁各向异性、并且具有图4所示的起磁特性。图4是相对于外部磁场的磁通密度来表示将对第1磁性体片及第2磁性体片施加了与其易磁化轴平行的外部磁场时的剩余磁化率(即，剩余磁化强度相对于饱和剩余磁化强度的比)的曲线图。第1磁性体片和第2磁性体片的饱和剩余磁化强度，通过使用磁通密度为7t的外部磁场将第1磁性体片及第2磁性体片进行起磁并测定剩余磁化强度来求出。第1磁性体片的剩余磁化率成为98％的外部磁场的磁通密度为约0.6t，第2磁性体片的剩余磁化率成为98％的外部磁场的磁通密度为约1.6t，其差为约1t。
70.以第1磁性体片的易磁化轴与第1方向平行、第2磁性体片的易磁化轴与垂直于第1方向的第2方向平行的方式将第1磁性体片和第2磁性体片在第2方向上交替地配置，并将相邻的第1磁性体片和第2磁性体片使用粘接剂粘接。
71.在常温下利用磁通密度为约0.5t、且与第1方向平行的外部磁场将3个第1磁性体片进行起磁(步骤a)。
72.接着，在常温下利用磁通密度为约1.4t、且与第2方向平行的外部磁场将2个第2磁性体片进行起磁(步骤b)。
73.由此，得到了具有图1所示那样的海尔贝克阵列的试验体。
74.比较例1
75.使用第1磁性体片来代替第2磁性体片，将步骤b中的外部磁场的磁通密度设为0.5t，除此之外与实施例1同样地进行，制作了具有海尔贝克阵列的试验体。
76.比较例2
77.准备5个第1磁性体片，利用0.5t的磁通密度的外部磁场将各个第1磁性体片在其易磁化轴的方向上进行起磁。接着，将第1磁性体片排列，用粘接剂进行粘接，制作了具有图1所示那样的海尔贝克阵列的试验体。
78.实施例2
79.使用第3磁性体片来代替第1磁性体片和第2磁性体片，与实施例1同样地配置并粘接。第3磁性体片具有图5所示的起磁特性。图5是相对于第3磁性体片的温度来表示将对第3磁性体片施加了与其易磁化轴平行的、规定的磁通密度的外部磁场时的剩余磁化率(即，剩余磁化强度相对于饱和剩余磁化强度的比)的曲线图。饱和剩余磁化强度通过使用磁通密
度为7t的外部磁场将第3磁性体片进行起磁并测定其剩余磁化强度来求出。
80.一边将易磁化轴与第1方向平行的3个磁性体片加热至65℃，将易磁化轴与第2方向平行的2个磁性体片冷却至常温以下，一边利用磁通密度为约0.2t、且与第1方向平行的外部磁场将易磁化轴与第1方向平行的3个磁性体片进行起磁(步骤a)。
81.一边将易磁化轴与第2方向平行的2个磁性体片加热至65℃以上，将易磁化轴与第1方向平行的3个磁性体片冷却至常温以下，一边利用磁通密度为约0.2t、且与第2方向平行的外部磁场将易磁化轴与第2方向平行的2个磁性体片进行起磁(步骤b)。
82.由此，得到具有图1所示那样的海尔贝克阵列的试验体。
83.比较例3
84.在步骤a、b中未进行磁性体片的加热以及冷却，将外部磁场的磁通密度设为0.4t，除此之外与实施例2同样地进行，制作了具有海尔贝克阵列的试验体。
85.比较例4
86.准备5个第3磁性体片，利用0.4t的磁通密度的外部磁场将各个第3磁性体片在其易磁化轴的方向上进行起磁。接着，将第3磁性体片排列，用粘接剂进行粘接，制作了具有图1所示那样的海尔贝克阵列的试验体。
87.评价
88.利用磁通计测定了各试验体的与第1方向垂直的两个面中的磁通量。两个面之中，磁通量大的面作为表面，磁通量小的面作为背面，求出各面的磁通量相对于表面和背面的磁通量之和的比。在图6和图7中示出结果。
89.如图6所示，实施例1的试验体，与比较例1的试验体相比，表面的磁通比大。如图7所示，实施例2的试验体，与比较例3的试验体相比，表面的磁通比大。
90.再者，实施例1、2的试验体的表面的磁通比分别比比较例2、4的试验体的表面磁通比小，但比较例2、4的试验体是将起磁了的磁性体片粘接来制作的，该制作方法不适于量产。

技术特征：

1.一种制造海尔贝克磁铁阵列体的方法，该方法依次包含步骤a和步骤b，所述步骤a是将至少2个第1磁性体片在与第1方向平行的方向上进行起磁的步骤，其中，所述至少2个第1磁性体片与至少1个第2磁性体片在与所述第1方向垂直的第2方向上交替地配置，所述至少2个第1磁性体片各自与相邻的第2磁性体片粘接，所述至少2个第1磁性体片具有与所述第1方向平行的易磁化轴，所述至少1个第2磁性体片具有与所述第2方向平行的易磁化轴，在所述至少2个第1磁性体片和所述至少1个第2磁性体片满足下述式(1)的条件下进行所述起磁，r1＞r2
ꢀ…
(1)在式(1)中，r1是所述至少2个第1磁性体片的剩余磁化率，用下述式(2)表示，r2是所述至少1个第2磁性体片的剩余磁化率，用下述式(3)表示，r1＝br1/brs1
ꢀ…
(2)在式(2)中，br1表示对所述至少2个第1磁性体片施加了与其易磁化轴平行的外部磁场时的剩余磁化强度，brs1表示所述至少2个第1磁性体片的饱和剩余磁化强度，r2＝br2/brs2
ꢀ…
(3)在式(3)中，br2表示对所述至少1个第2磁性体片施加了与其易磁化轴平行的外部磁场时的剩余磁化强度，brs2表示所述至少1个第2磁性体片的饱和剩余磁化强度；所述步骤b是将所述至少1个第2磁性体片在与所述第2方向平行的方向上进行起磁的步骤。2.根据权利要求1所述的方法，所述至少2个第1性体片和所述至少1个第2磁性体片在常温条件下满足上述式(1)，在步骤a中，利用磁通密度为ba的外部磁场将所述至少2个第1磁性体片进行起磁，在步骤b中，利用磁通密度为bb的外部磁场将所述至少1个第2磁性体片进行起磁，其中，ba＜bb。3.根据权利要求1或2所述的方法，所述至少2个第1性体片和所述至少1个第2磁性体片满足下述式(4)，b2－b1＞0.2t
…
(4)在式(4)中，b1表示在常温下所述至少2个第1磁性体片的剩余磁化率r1成为98％的外部磁场的磁通密度，b2表示在常温下所述至少一个第2磁性体片的剩余磁化率r2成为98％的外部磁场的磁通密度。4.根据权利要求1～3的任一项所述的方法，在步骤a中，在所述至少2个第1磁性体片的温度比所述至少1个第2磁性体片的温度高的状态下将所述至少2个第1磁性体片进行起磁，在步骤b中，在所述至少2个第1磁性体片的温度比所述至少1个第2磁性体片的温度低的状态下将所述至少1个第2磁性体片进行起磁。5.根据权利要求4所述的方法，在步骤a中，将所述至少2个第1磁性体片加热，在步骤b中，将所述至少1个第2磁性体片加热。
6.根据权利要求4或5所述的方法，在步骤a中，将所述至少1个第2磁性体片冷却，在步骤b中，将所述至少2个第1磁性体片冷却。

技术总结

提供能够容易地制造表面和背面的磁通密度之比大的海尔贝克磁铁阵列体的方法。一种海尔贝克磁铁阵列体的制造方法，依次包含步骤(a)和步骤(b)，所述步骤(a)是将至少2个第1磁性体片在与第1方向平行的方向上进行起磁的步骤，所述步骤(b)是将至少1个第2磁性体片在与第2方向平行的方向上进行起磁的步骤，所述第2方向与所述第1方向垂直。所述第1磁性体片和所述第2磁性体片在所述第2方向上交替地配置，所述第1磁性体片各自与相邻的第2磁性体片粘接。所述第1磁性体片具有与所述第1方向平行的易磁化轴，所述第2磁性体片具有与所述第2方向平行的易磁化轴。所述起磁在所述第1磁性体片的剩余磁化率r1比所述第2磁性体片的剩余磁化率r2高的条件下进行。r2高的条件下进行。