(57)【要約】【課題】  所望の磁気特性を発揮しつつ微細なパターン形状を構成することができる厚膜磁石を提供すること【解決手段】  少なくともＳｍＦｅＮ系の磁石粉体、接着剤及び溶剤を混ぜ合わせて構成される磁石ペーストであって、磁石粉体の組成比率が、６７ｗｔ％以上、９７ｗｔ％以下とした。その磁石ペーストを、スクリーン印刷によりポリイミド基板上に所定パターンで印刷する。その後、熱硬化させることで、厚膜磁石が構成される。パターンは、例えば図２に示すように、線幅が１００μｍで、厚さが１５０μｍ程度のものを作製できる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＳｍＦｅＮ系の磁石粉体、接着剤及び溶剤を混ぜ合わせて構成される磁石ペーストであって、
前記磁石粉体の組成比率が、６７ｗｔ％以上、９７ｗｔ％以下である磁石ペースト。
【請求項２】
少なくともＳｍＦｅＮ系の磁石粉体、接着剤及び溶剤を混ぜ合わせて構成される磁石ペーストであって、
前記磁石粉体の組成比率が、６７ｗｔ％以上、９０ｗｔ％以下である磁石ペースト。
【請求項３】
前記磁石粉体の粒径は、平均粒径が５μｍ以下、最大粒径が１０μｍ以下のものとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の磁石ペースト。
【請求項４】
前記接着剤は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の磁石ペースト。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の磁石ペーストを用い、印刷法で基板上に成膜し、硬化後の膜厚が１０μｍ以上５００μｍ以下になるように形成されたことを特徴とする厚膜磁石。
【請求項６】
前記基板は、可撓性のある基板であることを特徴とする請求項５に記載の厚膜磁石。
【請求項７】
前記基板上に印刷されたパターンの線幅が、３０μｍ以上、５ｍｍ以下の範囲内としたことを特徴とする請求項５または６に記載の厚膜磁石。
【請求項８】
磁場中で硬化させることで異方性を備えるようにしたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の厚膜磁石。
【請求項９】
前記基板上に印刷されたパターンの線幅が３０μｍ以上、１ｍｍ以下の範囲内としたことを特徴とする請求項８に記載の厚膜磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石ペースト及び厚膜磁石に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
希土類系の永久磁石は、モータを始め携帯電話やコンピュータの電子部品など幅広い分野で使用されている。この希土類系の永久磁石に用いられる磁性材料として一般に利用されているのは、サマリウム（Ｓｍ)とネオジム（Ｎｄ）があり、それを用いた磁石製品は、サマリウム・コバルト磁石（ＳｍＣｏ）と、ネオジム・鉄・ボロン磁石（ＮｄＦｅＢ）がある。
【０００３】
これら希土類系の永久磁石を製造する製造方法は、磁石の厚さによって異なり、本発明が対象とする１μｍ〜数百μｍ程度の厚膜と称される範囲のものでは、ＰＬＤ法（Pulsed Laser Deposition method）やＡＤ法（Aerosol Depsition method）が用いられる。ＰＬＤ法はＰＶＤ (物理気相蒸着)法の一種であり、真空チャンバー内のターゲットにパルスレーザを断続的に照射し、ターゲットをアブレーションすることにより放出されるフラグメント（イオン、クラスタ、分子、原子）をターゲットと対向して配置された基板に到達、堆積させることで成膜させる技術である。また、ＡＤ法は、サブミクロンサイズの微粒子をガスと混合させ、エアロゾル状にしてノズルを通して基板に向けて吹き付けることで、基板表面に成膜する技術である。
【０００４】
また、特許文献１には、ＮｄＦｅＢ，ＳｍＣｏをポリウレタン，エポキシ樹脂の一種であるフェノキシ樹脂と混合してペースト化し、そのペースト状の材料をスクリーン印刷などで基板上に成膜し、その後、樹脂が硬化することを利用して厚膜の磁石を作成する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１９７４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＰＬＤ法やＡＤ法は、装置構成が大掛かりになるとともに、磁性材料を基板上に所望の厚さに成膜するのに長時間かかるので実用的でない。また、特許文献１に開示された技術では、ＰＬＤ法などに比べると簡易に厚膜の希土類永久磁石を作製することができるが、材料となるＮｄＦｅＢやＳｍＣｏは平均粒径が大きいこともあり、微細なパターン形状の厚膜を印刷形成することが困難であった。なお、ＮｄＦｅＢやＳｍＣｏを粉砕して平均粒子径を小さくしたものをフェノキシ樹脂等と混合してペースト化したものに基づいて厚膜の希土類永久磁石を作製した場合には、実用的な磁気特性を得ることができない。
【０００６】
この発明は上述した課題を解決するもので、その目的は、所望の磁気特性を発揮しつつ微細なパターン形状を構成することができる磁石ペースト及び厚膜磁石を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するために、本発明に係る磁石ペーストは、（１）少なくともＳｍＦｅＮ系の磁石粉体、接着剤及び溶剤を混ぜ合わせて構成される磁石ペーストであって、前記磁石粉体の組成比率が、６７ｗｔ％以上、９７ｗｔ％以下とした。
【０００８】
（２）本発明に係る磁石ペーストの別の解決手段としては、少なくともＳｍＦｅＮ系の磁石粉体、接着剤及び溶剤を混ぜ合わせて構成される磁石ペーストであって、前記磁石粉体の組成比率が、６７ｗｔ％以上、９０ｗｔ％以下とするとよい。
【０００９】
ＳｍＦｅＮ系の磁石粉体は、その粒径が小さいので、ペースト状にした際に微細な開口径のマスク（スクリーン）を用いても平滑性がよく、微細パターンを形成することができる。磁石粉体、接着剤、溶剤を混ぜ合わせる際の手順は任意であり、すべての材料を一緒に混合してもよいし、任意の組み合わせのものを先に混合し、他の材料をその後に混入させるようにしてもよい。
【００１０】
そして、磁石粉体の組成比率が、６７ｗｔ％未満になると、磁石としての実用的な磁気特性が得られない。ここで実用的な磁気特性とは、たとえば、残留磁束密度（Ｂｒ）が１．３ｋＧ以上，保磁力（Ｈｃ）が１．８ｋＯｅ以上、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘ（Ｂ−Ｈ曲線上の第２象限におけるＢとＨの積の最大値）が０．３ＭＧ・Ｏｅ以上等となる。もちろん、この数値に限られるものではない。また、磁石粉体の組成比率が、９７．５ｗｔ％を超えると、硬化後の強度が弱くなり、実用的で無くなる。そこで、上記（１）に示す範囲とした。
【００１１】
また、線幅が１ｍｍ以下となるパターンを印刷することを考慮した場合、９０ｗｔ％を超えて磁石粉体を混入すると、印刷スクリーンまたはメタルマスクを通過するために必要な粘度が不足する。そこで、上記（２）に示す範囲とした。
【００１２】
（３）また、前記磁石粉体の粒径は、平均粒径が５μｍ以下、最大粒径が１０μｍ以下のものとするとよい。平均粒径が５μｍより大きかったり、最大粒径が１０μｍより大きい場合には、印刷後の膜厚を１０μｍ以下にすることが困難であり、印刷後の成膜した表面の平坦性も悪くなる。そこで、粒径を上記範囲にするのが好ましい。もちろん、要求される膜厚が１０μｍよりも大きい場合には、膜厚の点から規定される上記粒径の範囲を超えるのは妨げない。
【００１３】
（４）前記接着剤は、エポキシ樹脂を用いることができる。接着剤としては、樹脂を用いることができる。この場合の樹脂は、たとえば、ポリエステル類、アクリル類、塩化ビニル類、酢酸ビニル類、ウレタン類、エポキシ類、フェノールポリマー類やその他の混合物を用いることができる。エポキシ樹脂は、接着強度が強いので、最終的に作製される厚膜磁石の強度の点からみると、エポキシ樹脂を用いるのが好ましい。もちろん、（１）〜（３）その他の発明では、他の樹脂を用いてもよいし、樹脂以外の接着剤を用いることも可能である。
【００１４】
（５）本発明に係る厚膜磁石は、上記の（１）〜（４）のいずれかに記載の磁石ペーストを用い、印刷法で基板上に成膜し、硬化後の膜厚が１０μｍ以上５００μｍ以下になるように形成されたものとした。硬化させるためには、適宜の硬化剤を混入することで行なうことができる。この硬化剤は、（１）〜（４）のいずれかに記載の磁石ペーストに対して混入してもよいし、磁石ペーストを作製する際に、他の材料とともに混入してもよい。接着剤としてエポキシ樹脂を用いた場合の硬化剤は、一般のエポキシ樹脂用硬化剤を用いればよい。最終的に硬化すればよいので、必ずしも積極的に硬化剤を混入する必要はなく、また、硬化剤以外の硬化方法をとることもできる。
【００１５】
（６）基板の材質は各種のものを用いることができ、たとえば、可撓性のある基板とすることができる。可撓性のある基板としては、たとえば、ポリイミドなどを用いることができる。このようにすると、曲げに対して強い磁石が形成される。
【００１６】
（７）前記基板上に印刷されたパターンの線幅が、３０μｍ以上、５ｍｍ以下の範囲内とするとよい。スクリーンの開口径の限界から、３０μｍ未満の線幅を印刷で形成するのは困難となる。また、昨今のダウンサイズの要請から、５ｍｍを超える線幅は、実用的でない。そこで、上記の範囲とするのが好ましい。
【００１７】
（８）上記の（５）〜（７）のいずれかの発明を前提とし、その厚膜磁石は、磁場中で硬化させることで異方性を備えるようにした。所定パターンで基板上に印刷した膜（磁石ペースト）を磁場中で硬化させると、その磁場の磁界の方向で配向した状態を保ったまま硬化するので、異方性磁石となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、ＳｍＦｅＮ系磁石粉体を用いたペーストを印刷することで、微細な厚膜磁石を短時間で形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。本実施形態の磁石ペーストは、ＳｍＦｅＮ系の磁石粉体と、接着剤としてのエポキシ樹脂と、エポキシ樹脂用硬化剤とを混合し、磁石粉体を樹脂組成物中に分散させ、さらに、この混合物に溶剤を添加してペースト化する。このとき、ＳｍＦｅＮ系の磁石粉体の組成比率は、６７ｗｔ％以上９７．５ｗｔ％以下とする。
【００２０】
この磁石ペーストを用いてスクリーン印刷を行なうことで、基板上に所望のパターン形状からなる厚膜の希土類永久磁石が形成される。そこで、上記の溶剤は、印刷を行なう際の磁石ペーストの粘度を調整するために添加するものであり、目的の粘度に合わせてその溶剤の種類や添加量を設定する。
【００２１】
スクリーン印刷は、開口幅が５ｍｍ以下、板厚が５００μｍ以下のメタルマスクを用いて行なう。好ましくは、開口幅は１００μｍ以下の印刷用のマスクを用いることである。メタルマスクを用いることで、１回の印刷で厚い膜厚のパターンを形成することができる。さらに、ＳｍＦｅＮ系の磁石粉体は、その粒径が小さい（たとえば、最大粒径が１０μｍ以下、平均粒径が５μｍ）ため、微細なパターン形状を基板上に形成することができる。なお、１回の印刷工程で所望の膜厚が得られない場合には、複数回印刷処理を施してもよい、メタルマスクに替えて、通常のスクリーン印刷に用いられるメッシュを使用することもできる。ただし、メッシュを用いた場合には、１回の印刷工程で成膜される膜厚が薄いため、印刷を複数回行なう必要がある。印刷工程を複数回行なう場合、一回の印刷処理で形成された膜の上に重ねるようにして印刷を行なうが、その際に、先に印刷した膜を硬化させた後に次の膜を印刷してもよいし、硬化前に重ねて一緒に硬化させてもよい。
【００２２】
また、印刷した膜が硬化する間、所定の磁場中に置くようにした場合には、その磁場の磁界の方向に配向され、異方性磁石となる。もちろん、磁場中に置くことなく硬化させても良い。
【００２３】
なお上記の実施形態は、接着剤としてエポキシ樹脂を使用したが、他の樹脂を用いても良い。また、上記実施形態では、ＳｍＦｅＮ系の磁石粉体の粒径は、最大粒径が１０μｍ以下、平均粒径が５μｍのものを用いたが、それ以上の条件のものを用いることも可能である。スクリーン印刷により形成される永久磁石のパターン形状は、各種のものが形成できるが、マスク（メタルマスク／メッシュ）の開口幅を適宜に設定することで、線幅は、３０μｍ〜５ｍｍといった微細なパターンにすることができると共に、その膜厚も１０〜５００μｍといった厚膜とすることができる。
【００２４】
また、印刷対象となる基板は、各種のものを用いることができる。そして、ポリイミド基板を用いた場合には、可撓性が良好であるので、曲げにも強い厚膜永久磁石となり、用途が増す。
【実施例１】
【００２５】
市販のエポキシ樹脂と市販の硬化剤（エポキシ樹脂用）を、９：１の重量比で混合して樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物と、ＳｍＦｅＮ粉を２：８重量比で、分散機により混合し、その後、三本ロールミルで混練し、厚膜磁石組成物を得た。ここで用いたＳｍＦｅＮ粉の粒径は、平均粒径が５μｍで最大粒径が１０μｍである。この厚膜磁石組成物に対し、粘度調整のために有機溶剤（テルピネオール）を添加し、印刷用のペースト（磁石ペースト）とした。
【００２６】
この印刷用の磁石ペーストを用い、スクリーン印刷によりポリイミド基板上に所定のパターン・膜厚で印刷をした。スクリーン印刷に用いたメタルマスクは、板厚２００μｍである。その後、２００℃の温度下で、３０分間放置し、印刷した厚膜を硬化させた。
【００２７】
硬化後のパターンをデジタル顕微鏡（マイクロスコープ）で確認したところ、図１に示すように、線幅ｄは約１００μｍの帯状のパターンを平行に等間隔に配列したものが作製できた。この図１に示す一部（３本分のパターン）の表面の厚さを測定すると、図２に示すようなり、各印刷された帯状のパターン部分の厚さは、１５０μｍ程度の厚膜となっていることが確認できた。
【００２８】
更に、このようにして作製された厚膜磁石の磁気特性は、下記表に示すようになった。この表から明らかなように、直径１ｍｍ以下の微小な形状においても実用上十分な磁気性能が得られることが確認できた。
【表１】
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【実施例２】
【００２９】
実施例１における樹脂組成物とＳｍＦｅＮ粉との混合比率を適宜変えた（ＳｍＦｅＮ粉の含有率を６５ｗｔ％〜９５ｗｔ％）以外は、実施例１と同様の手順によりポリイミド基板上に所定パターンの厚膜磁石を作製した。厚膜の硬化後、印刷した厚膜に対して３０ｋＯｅにて予備着磁を行なった。
【００３０】
得られた各厚膜磁石に対し、振動試料型磁力計を用いてそれぞれの磁気特性を測定した結果、図３，図４に示すようになった。ＳｍＦｅＮ粉の含有率が、６７ｗｔ％程度で、実用的な磁気特性のフェライト磁石の残留磁化（１．３ｋＧ）以上の磁気特性が得られることが確認できた。
【実施例３】
【００３１】
スクリーン印刷を行なう際のマスクを、実施例１におけるメタルマスクに替えて、メッシュタイプ（メッシュ＃３２５）のものを用い、同様の手法で厚膜磁石を作製した。具体的な実験結果の図示は省略するが、上記と同様の磁気特性が得られた。また、メッシュタイプのスクリーンを用いた場合、１回の印刷で最小３０μｍ×３０μｍサイズで、最大２０μｍの厚さの厚膜磁石が作製できることが確認できた。そして、それ以上の膜厚が必要な場合、複数回印刷を行なえばよい。
【実施例４】
【００３２】
実施例１と同様の手順によりポリイミド基板上に、磁石ペーストを印刷した。そして、印刷した厚膜の硬化を、磁場中で行なった。具体的には、図５に示すように、板状の永久磁石１の上に、磁石ペーストを印刷した基板３を設置する。この永久磁石１の上には、スペーサ２を介して他の永久磁石４を配置する。両永久磁石１，４の対向する面の磁極が異なるようにすることで、基板３を直交する磁界が発生する。この配向用の永久磁石１，４としては、例えば、ＳｍＣｏ磁石を用いることができる。この状態で、熱硬化させると、所定方向に配向した厚膜磁石が作製される。表２は、等方性（配向磁界：０ｋＧ）と異方性（配向磁界：１．２ｋＧ）のそれぞれの磁気特性を示している。この表から明らかなように、同じＳｍＦｅＮ粉を９０ｗｔ％混合した厚膜磁石において、配向の効果が得られていることが確認できた。なお、図示の例では、基板３をその両側から２つの永久磁石で挟み込むようにしたが、永久磁石を片方にのみ設置しても良い。
【表２】
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【実施例５】
【００３３】
次に、磁場中配向における磁場の影響を調べるため、表面磁石密度の異なる磁性材料を用いて磁場中で硬化を行なった。具体的には、配向磁界が０ｋＧ，１．２ｋＧ，２．３ｋＧと替え、その他については実施例４と同じにした。
【００３４】
その結果、表面状態は、図６に示すようになった。１．２ｋＧを超えた２．３ｋＧの場合には、線幅が細くなると共に膜厚が高くなり、パターン形状が崩れていることが確認できる。これは、配向時の磁場の磁界が強く、磁界に沿って磁性粉が針状に連なった磁気ブラシが生成されたためと推測される。よって、２．３ｋＧで着磁した場合には、目的の線幅・膜厚が製造できないことが確認できた。換言すると、１．２ｋＧ以下とするのがよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】パターン形状の一例を示す図である。
【図２】表面状態を示す図である。
【図３】磁気特性を示す図である。
【図４】磁気特性を示す図である。
【図５】磁場中配向を説明する図である。
【図６】表面状態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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