JPS6326338A - 永久磁石による渦電流制動の抑制効果を有するモ−タ用高電気比抵抗鋼板 - 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、ラジオカセッ］・レコーダ、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、フロッピーディスク
ドライブ、電子タイプライタ−、ファクシミリ−１ＰＰ
Ｃ複写機等のオフィー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か要求されるよう
になり、それに伴ってマイクロ千−夕に使用される永久
磁石は、従来のフェライト系磁石から保磁力の大きい希
土類系磁石に移行しつつある。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
されるか、こ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押えなけれはならず、磁
気シールド材はまずまず重要なものとなってきている。

たとえは第２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１〜ｗ１板８は、永久磁石４や
励磁コイル６の磁気か該鋼板８の−に方に配置されるフ
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
ング材等としては、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ト鋼等のン令延鋼板
）がン凡用されており、また一部の高級用途（例えはマ
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
一応の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
たな問題か生じることが明らかになってきた。

たとえば第３図（Ａ）はフラットモータの原理を示す横
断面略図、第３図（Ｂ）は同平面略図であり、図中の符
号は第２図の符号に対応させている。第３図（Ａ）に示
す如＜ト１１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る）、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３図（Ｂ）に破線矢印で示す様な渦電流が発生
する。そうすると該漏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（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
方向の力が誘発される（一般にこれを渦ＴｔＬ流制動と
称している）。この様な渦電流制動が生じるとモータの
駆動電流か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
６ｎｎ出自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。

上記渦電流制動は、永久磁石の磁力が増大すればするほ
ど顕著に表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高電気比抵抗鋼板を
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円高電気比抵抗鋼板の構成は、 Ｃ：　０．００１〜０．２％（重量％・以下同じ）Ｍ　
ｎ　：　０．０５〜５％ を含有する他、下記Ｓｔ、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　Ｉ　：　０．００１〜５％ Ｃｕ　：　０．０５〜３％ Ｎ　ｉ　：　０．０５〜３％ Ｃｒ：０．０５〜３％ 残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、且つＭｎ量０．
５％、Ｃ≧０．０２％のいずれかの条件を満足し、電気
比抵抗が３０μΩ・ｃｍ以上であるところに要旨を有す
るものである。

［作用］ 第３図（Ａ）、（Ｂ）で説明したような渦電流によって
生じるモータ回転の制動力（Ｗｅ）は、下記［Ｉ］式に
示す如く板月の電気比抵抗Ｃｐ’）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。

そこで本発明者らは鋼板の透磁率（μ）を小さくすると
共に電気比抵抗を増大することにより渦電流制動を抑制
すべく研究を行なった。

その結果、鋼板中の含有元素の種類及び含有率を厳密に
規定すると共に、特にＭｎおよび／またはＣを多量含有
させることにより電気比抵抗を３０μΩ・ｃｍ以上とし
た鋼板は、通常の高電気比抵抗鋼板に比べて格段に優れ
た渦電流制動抑制効果を発揮し得ることを知り、本発明
の完成をみた。

以下、本発明において鋼板の化学成分及び電気抵抗を定
めた理由を詳細に説明する。

まず鋼板の化学成分について限定理由を明確にする。

ｃ　：　ｏ、ｏｏｔ〜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、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
炭を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。

Ｍ　　ｎ　　：　　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るばかりでなく、電気
比抵抗を高める作用も有しており、本発明において最も
重視されるべき成分である。そしてＭｎ量が０．０５％
未満では透磁率を十分に低くすることができないばかり
か鋼板の電気抵抗も十分上らず、満足のいく渦電流制動
抑制効果が得られない。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０，０５％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か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。

Ｓ　ｉ　：　０．００１〜３．５％ Ａ　Ｉ　：　０．００１〜５％ Ｃｕ：０．０５〜３％ Ｎ　ｉ　：　０．０５〜３％ Ｃｒ：０．０５〜３％ 上記各元素は何れも鋼材の電気比抵抗を高めて渦電流制
動抑制に好影響をもたらすものであり、後述する如く鋼
板の電気比抵抗を３０μΩ・ｃｍ以」二に高めるために
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Ｍｎと
の共存下で鋼材の透磁率を低下させる機能も有して４６
す、透磁率。

電気比抵抗の両面から渦電流制動の抑制に寄与する。

しかしながら上記元素のうちＳｔ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、モータ構成材としての磁
気シールド性が得られなくなる。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　１　：０．０５〜３．０％、　Ｃｕ　：　０．
５〜２．５％、　Ｎ　ｉ　：　０．５〜２．５％、　Ｃ
ｒ　：　０．５〜２．５％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、
冷間圧延を順次節して最終の板厚に調整し、最後に仕上
げ焼鈍に付して製品とされるが、仕上げ焼鈍の状態で満
足の行く渦電流制動抑制効果を確保するためには、鋼材
の上記化学成分の規定要件を満足しつつ更にＭｎ≧０．
５％、Ｃ≧０．０２％のいずれかの条件を満足し、且つ
電気比抵抗が３０μΩ・ｃｍ以上という条件を満足さ旧
なければならない。

この理由は以下に詳述する通りである。

即ち鋼板の電気比抵抗が渦電流制動と反比例の関係を有
していることは前記［２１式で説明した通りであり、こ
のことは、従来より磁気シールド用鋼板として汎用され
ている低炭素低Ｍｎ鋼材を対象として本発明者らの行な
った実験結果（第１図）によっても確認された。また鋼
板の電気比抵抗（ρ）は、当該鋼材を構成する元素の含
有率をもとに下記算定式［ＩＩ　］によってほぼ正確に
推定し得ることも確認されている。従って合金元素添加
量はこの算定式に基づく計算結果を目安にして調整すれ
ば良く、必要であれば算定式［ＴＩ　］に表われていな
い元素を添加して電気比抵抗（ρ）を調整することも本
発明に含まれる。

ｐ　　＝　１０．１＋１１．７Ｓｉ　（￥）＋６．２Ｍ
ｎ鴎）＋３．８Ｃｕ（ｋ）＋３、ｏＮｉ　（％ｉ）＋５
．６０ｒ（利＋１０．０ＡＩ　（４ｋ）　＝　［ＩＩ　
］ところが前記成分組成の鋼材を対象とし、Ｃおよび／
またはＭｎを多量含有する成分系を主体にして電気比抵
抗と渦電流制動との相関関係をより定量的に確認すべく
様々の実験を行なったところ、前記化学成分の中でもＭ
ｎ≧０．５％、Ｃ≧０．０２％のいずれかの条件を満た
す高Ｍｎおよび／または高Ｃ鋼板を使用した場合、上記
電気比抵抗が３０μΩ・ｃｍ付近を境にして渦電流制動
抑制効果が急変するという全く新しい傾向をみせること
が明らかとなった。

たとえば第１図は、下記第１表に示す化学成分の鋼コイ
ル（１０００ｍｍ’ｘ　Ｏ，７５ｍｍｔ）について、熱
間及び冷間圧延の後７２０℃Ｘ３ｈｒの歪取り焼鈍を施
したものを対象として、電気比抵抗と渦電流制動（回転
動カニ測定法は後述）の関係を調べた結果を示したもの
であり、○印はＭｎ＜０．５％で且つＣ＜０．０２％で
ある比較材、◎印はＭｎ≧０．５％およびＣ≧０．０２
％のうちいずれかを満足する本発明材を示す。

第　　　　１　　　　表 ト 日 第１図からも明らかな様に、Ｍｎ＜０．５％で且つＣ＜
０．０２％である従来の鋼板では、電気比抵抗の増大と
共に回転制動力がほぼ１次直線的に減少しているのに対
し、Ｍｎ≧０．５％およびＣ≧０．０２％のうちいずれ
かの要件を満たす鋼板では、電気比抵抗が３０μΩ・ｃ
ｍ付近を境にして回転制動力との相関関係が急変してい
る。モして°゛電気比抵抗が３０μΩ・ｃｍ以上°°と
いう特定された条件のもとでは、上記の様にＭｎおよび
／もしくはＣを多めに含有させることによって、回転制
動力を従来材よりも格段に低い値に抑えることがで幹る
。

この様にＭｎおよび／もしくはＣを多量含有せしめた鋼
板の回転制動力が３０μΩ・ｃｍの電気比抵抗を境にし
て急激に減少する理由は必ずしも明確にされた訳ではな
いが、その−因として次の様なことが考えられる。即ち
先に説明した如く、Ｍｎ及びＣは鋼板中にＦｅ５Ｃなど
の炭化物を増加させるため鋼板の透磁率を下げる作用が
あり、鋼板の電気比抵抗増大と共に回転制動力値の低下
に寄与するが、電気抵抗値が３０μΩ・ｃｍ未溝の場合
は上記２種の回転制動力抑制要因が単に相加的に発揮さ
れるだけであるのに対し、電気比抵抗値が３０μΩ・ｃ
ｍ以上になると上記２つの回転制動力抑制要因が相乗的
に発揮され、同じ電気比抵抗であっても高レベルの回転
制動力抑制効果が発揮されるものと考えられる。

本発明の鋼板は、たとえば第２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は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
る様に設計されている。そのため該鋼板が薄くなるとモ
ータに所定の回転力を与えることができなくなるばかり
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（ローり）永久磁石側に本発
明の規定要件を満たす鋼板を使用し、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要件を満たすものであれば、
目的を十分に果たすことができる。

［実施例〕 第２図に示す様なプラッシュレス・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（熱
延及び冷延後８５０℃で５分間の歪取り焼鈍を施したも
の：板厚は０．３〜１＋ｎｍ）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、供試鋼板を用いたモータの
回転軸を定速で回転させる。このときモータは駆動電渣
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、１．２はＣ及びＭｎの量が規定範囲を外れ
ているばかりでなく電気比抵抗も３ｏμΩ・ｃｍ未満で
あるため回転制動力が非常に高く、渦電流制動抑制の目
的は全く果たせない。

■実験Ｎｏ、３．４は、電気比抵抗は３０μΩ・ｃｍを
超えているもののＭｎおよびＣの量が何れも不足するた
め、やはり回転制動力が大ぎい。

■実験Ｎｏ、　５〜１０は、鋼材の化学成分、電気比抵
抗共に本発明の規定要件を満たず実施例であり、何れも
低い回転制動力を示しており卓越した渦電流制動抑制効
果を発揮することが分かる。

■実験Ｎｏ、１１〜１７は鋼板のＣ，Ｓｔ、Ｍｎ。

Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌの各含有率が上限を超えており、飽和
磁束密度が低下するためと考えられるが、モータの漏洩
磁場が大きくなる。特に実験Ｎｏ、１１．１４，１５．
１６はモータの回転性能も低下している。実験Ｎｏ、　
　１１．　１２゜１３．１４．１５はプレス加工による
打抜が非常に困難であり、実用にそぐわない。

［発明の効果コ 本発明は以上の様に構成されており、鋼材の電気比抵抗
を考慮しつつ化学成分を厳密に規定することによって、
飽和磁束密度に悪影響を及ぼずことなく、磁気シールド
性及び渦電流制動抑制効果の卓越した鋼板を提供し得る
ことになった。従って高ｌ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制動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診、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
極めて大きい。しかも本発明に係る鋼板の主たる配合元
素はＭｎであり非常に安価であるので、従来の極低炭素
珪素鋼板等に比べて格安に提供することかでき、コスト
面からの要請にも十分に答えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼板の電気比抵抗と回転制動力の関係を示すグ
ラフ、第２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３図（Ａ）、（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。

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：０．０５〜３％ Ｎｉ：０．０５〜３％ Ｃｒ：０．０５〜３％ 残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、且つＭｎ≧０．
   ５％、Ｃ≧０．０２％のいずれかの条件を満足し、電気
   比抵抗が３０μΩ・ｃｍ以上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高
   電気比抵抗鋼板。