成形体およびその製造方法
【課題】粉末成形法により軟磁性材料を圧縮成形し熱処理した成形体では、角形比が大きく、励磁電流を制御することによって光量調整装置の絞り開口量を正確に調整することが困難である。
【解決手段】相互に溶着した軟磁性材料を含む金属粒子間に樹脂の炭化物が介在し、この樹脂の炭化物がより多量に含まれた表層部を有し、この表層部の表面にめっき層が形成された本発明による成形体は、この成形体に８００Ａ/ｍの磁界を印加した場合に得られる磁束密度Ｂ８００に対する成形体の残留磁束密度Ｂrの割合を角形比Ｒsとして(Ｂr/Ｂ８００)×１００で表した場合、成形体の角形比Ｒsが６０％以上かつ９０％以下であって、ロータマグネットの磁束密度の絶対値が残留磁束密度Ｂr以上かつ磁束密度Ｂ８００以下の範囲にとなるようにめっき層を形成している。
【解決手段】相互に溶着した軟磁性材料を含む金属粒子間に樹脂の炭化物が介在し、この樹脂の炭化物がより多量に含まれた表層部を有し、この表層部の表面にめっき層が形成された本発明による成形体は、この成形体に８００Ａ/ｍの磁界を印加した場合に得られる磁束密度Ｂ８００に対する成形体の残留磁束密度Ｂrの割合を角形比Ｒsとして(Ｂr/Ｂ８００)×１００で表した場合、成形体の角形比Ｒsが６０％以上かつ９０％以下であって、ロータマグネットの磁束密度の絶対値が残留磁束密度Ｂr以上かつ磁束密度Ｂ８００以下の範囲にとなるようにめっき層を形成している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互に溶着した軟磁性材料を含む金属粒子間に樹脂の炭化物が介在すると共に表面に防錆層が形成された成形体およびその製造方法ならびにこの成形体を磁気回路の一部に使用した電磁駆動装置および光量調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
結合剤として樹脂を用い、この樹脂と共に金属粒子を成形型内で圧縮成形する粉末成形法が知られている。この粉末成形法によって得られる成形品は、その寸法形状が成形型に極めて近似したものとなり、成形後の後加工を基本的に必要としないという利点を持つ。このため、粉末成形法は主として材料価格の高いものや、切削加工が困難なものを製造する際に有効な方法であると言える。また、この粉末成形法によって得られる成形品は、金属粒子間に結合剤である樹脂が介在した構造となっているため、その機械的強度に制約がある。このため、粉末成形法によって得られる成形品は、機械的強度が比較的問題とされない部材として用いられることが多い。例えば、金属粒子として希土類磁石粉末を用いた成形磁性体がモータの円柱状をなすロータなどに採用されている。さらに、金属粒子として軟磁性材料を用いたモータのヨークやステータ、あるいは光学機器に組み込まれるアクチュエータのヨークやトランスの他、磁気ヘッドのコアなどにもその適用範囲が拡げられている。
【０００３】
一方、このような樹脂結合剤と金属粒子とからなる粉末成形体の防錆処理としては、塗装処理やめっき処理などが知られている。その中でもめっき膜で覆う方法は、簡便性や確実性の面から極めて有効な方法であること考えられている。
【０００４】
しかしながら、焼結部品などの耐食性を高めるためにめっき処理を行うと、成形品自体が多孔質のため、めっき液が成形品の微細空隙内に侵入できなかったり、内部に侵入できたとしてもそこからめっき液が排除されずに残されたままとなってしまう可能性がある。このため、めっき液が侵入できなかった個所や、めっき液が取り残されてしまった個所から腐食が進行し、長期的に充分な耐食性を確保することが困難となる。また、樹脂結合型軟磁性材料のように、粉末成形によって得られた成形品は、その側面部が加圧時や脱型時に成形型とこすれて樹脂結合剤が薄くなってしまったり、時には金属粒子が剥き出しとなって成形される。しかも、このような粉末成形においては、成型圧を高めて高密度化しようとしても、粒子間に形成される気泡やこれらの気泡が成形品の表面に連なったピンホールを有するものが多い。このような成形品にめっき膜を形成してその耐食性を高めようとしても、金属と樹脂結合剤とでは導電性が異なるため、均一なめっき膜を形成することが本質的に困難なものとなる。この結果、表面の薄い樹脂結合剤のところにはめっき膜が形成されなかったり、ピンホールを伝わり内部へのめっき液が侵入するなどにより、結局は耐食性の低い成形体となってしまう。
【０００５】
このようなめっき形成の不具合に対処するため、減圧下でめっき処理を行うことが特許文献１にて提唱されている。
【０００６】
しかながら、特許文献１に開示された減圧下でのめっき処理は、その作業が煩雑であるだけでなく、めっき液が減圧によりピンホール内に侵入したとしてもその後の新液補給が行われにくい。このため、ピンホール内壁へのめっき析出と共にめっき液濃度が低下し、充分な厚みのめっき膜を得ることが困難となる。当然のことながら、めっき膜を付けられる材料より、めっき膜のほうが耐食性以外の性質は劣るのが一般的であり、めっき膜は必要最小限の厚みとなる。このため、ピンホール内のめっき膜を充分に厚くしようとすると、大部分を占める最表面部に必要な性能を低下させてしまう。そのため、ピンホール内の耐食性の確保ができないか、できたとしても必要な性能を満足しない成形体となってしまう。
【０００７】
このような知見に基づき、本発明者らは特許文献２にて充分な耐食性を与えることができると共に寸法精度や機械的強度が良好な成形体およびこの成形体の製造方法を提案した。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２２６９９４号公報
【特許文献２】特開２００８−０３８１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、光学装置の小型化に伴い、光が通過する開口の開度を調整するための光量調整装置は、以前にも増して精密な絞り開口量の制御が必要となってきている。そのため本発明者らが提案した成形体をこれらの磁気回路に使用するにあたっても、防錆性のみならずさらなる磁気特性の改善が望まれている。
【００１０】
本発明の目的は、特許文献２に対して磁気特性をさらに改善し得る成形体およびその製造方法ならびにこの成形体を磁気回路の一部に使用した電磁駆動装置および光量調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の形態は、永久磁石と励磁コイルへの通電により磁気回路を構成する電磁駆動装置に用いる成形体であって、この成形体は相互に溶着した軟磁性材料を含む金属粒子間に樹脂の炭化物が介在し、この樹脂の炭化物がより多量に含まれた表層部を有し、この表層部の表面に防錆層が形成されており、この成形体に８００Ａ/ｍの磁界を印加した場合に得られる磁束密度Ｂ８００に対する前記成形体の残留磁束密度Ｂrの割合を角形比Ｒsとして(Ｂr/Ｂ８００)×１００で表した場合、当該成形体の角形比Ｒsが６０％以上かつ９０％以下となるように前記防錆層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第２の形態は、永久磁石と励磁コイルへの通電により磁気回路を構成する電磁駆動装置に用いる成形体の製造方法であって、この成形体は相互に溶着した軟磁性材料を含む金属粒子間に樹脂の炭化物が介在し、この樹脂の炭化物がより多量に含まれた表層部を有し、この表層部の表面に防錆層が形成されており、軟磁性材料を含む金属粒子を樹脂で被覆し成形原料を得るステップと、成形型に前記成形原料を充填しこれを加圧成形することにより、前記樹脂の一部を前記成形型との界面に流動させた状態で加圧成形体を得るステップと、前記加圧成形体を加熱して前記樹脂を焼成するとともに前記金属粒子を相互に溶着させ前記金属粒子間に前記樹脂の炭化物が介在するととともにこの樹脂の炭化物がより多量に含まれた表層部を有する成形体を得るステップと、前記表層部の表面に防錆層を形成するステップとを具え、前記防錆層を形成するステップは、この成形体に８００Ａ/ｍの磁界を印加した場合に得られる磁束密度Ｂ８００に対する前記成形体の残留磁束密度Ｂrの割合を角形比Ｒsとして(Ｂr/Ｂ８００)×１００で表した場合、当該成形体の角形比Ｒsが６０％以上かつ９０％以下となるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第３の形態は、永久磁石と、励磁コイルへの通電により磁気回路を構成するヨークとを具え、このヨークが本発明の第１の形態による成形体か、あるいは本発明の第２の形態により製造された成形体によって構成されていることを特徴とする電磁駆動装置にある。
【００１４】
本発明の第４の形態は、相互に組み合わされて絞り開口を画成する少なくとも２枚の羽根部材と、これら羽根部材の少なくとも一つを駆動して前記絞り開口の大きさを変更するための羽根駆動機構とを具え、前記羽根駆動機構が本発明の第３の形態による電磁駆動装置を含むことを特徴とする光量調整装置にある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、成形体の角形比Ｒsが６０％以上となるように、防錆層を表層部の表面に形成したので、成形体の抗磁力の増大を抑制すると同時に磁束密度Ｂ８００および残留磁束密度Ｂrの低下も抑制することが可能である。また角形比Ｒsが９０％以下となるようにしたので、残留磁束密度Ｂrが高くなりすぎることを抑制できる。この結果、励磁コイルへの通電により磁気回路を構成する軟磁性材料としての特性をより良好なものにすることができる。しかも、安定した防錆層を形成できるので、極めて耐食性の高い成形体を得ることが可能である。
【００１６】
本発明の光量調整装置によると、羽根部材の少なくとも一つを駆動して絞り開口の大きさを変更するための羽根駆動機構が本発明の電磁駆動装置を含んでいるので、従来のものよりも絞り開口量の制御を安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を光学機器の光量調整装置に応用した一実施形態について、その外観を分解状態で示す図１を参照しながら以下に詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、例えば磁気記録ヘッドのコア材料や、各種電動モータのヨークまたはステータへの適用が可能である。
【００１８】
図１に示した本実施形態における光学機器の光量調整装置１０は、相互に組み合わされて絞り開口を画成する２枚の絞り板１１，１２と、これら２枚の絞り板１１，１２を駆動して絞り開口の大きさを変更するための絞り板駆動機構１３とを具える。また、本実施形態における絞り板駆動機構１３は、リンクアーム１４と、ケース１５と、地板１６と、電磁駆動装置１７とを含み、この絞り板駆動機構１３が本発明の羽根駆動機構として機能する。
【００１９】
リンクアーム１４は、その両端部に形成されたピン１８が２枚の絞り板１１，１２の基端部にそれぞれ形成された長孔１９に対して係合し、光を通す開口２０が形成されたケース１５は、２枚の絞り板１１，１２を往復動自在に支持する。光を通す開口２１が形成された地板１６には、リンクアーム１４に当接してその揺動端を規定するための図示しないストッパ部が突設されている。
【００２０】
本実施形態では、リンクアーム１４を揺動させて２枚の絞り板１１，１２を同時に逆方向に駆動させ、これによって絞り開口の開度を変化させるようにしているが、絞り板１１，１２の何れか一方のみを駆動して絞り開口の大きさを変更させるようにしてもよい。なお、本実施形態における一方の絞り板１１には、絞り開口によって調整し切れないような過大光量が通過するのを遮るためのＮＤフィルタ２２が固定状態で取り付けられている。また、本発明における羽根部材としての絞り板１１，１２の数を３枚以上に設定することも可能である。
【００２１】
本実施形態における電磁駆動装置１７は、本発明の永久磁石としてのロータマグネット２３と、励磁コイル２４と、この励磁コイル２４への通電により磁気回路を構成するヨーク２５とを具えている。
【００２２】
半周ずつ２極に着磁された円筒状をなすロータマグネット２３は、地板１６に組み込まれた図示しない軸受を介して回転自在に地板１６に取り付けられている。ロータマグネット２３から突出する支軸２６の一端部は、リンクアーム１４の中央部に一体的に連結されている。ロータマグネット２３の他端部は、地板１６に突設された一対のブラケット２７の先端部に嵌着されるキャップ部材２８に図示しない軸受を介して回転自在に支持されている。
【００２３】
本実施形態における励磁コイル２４は、ロータマグネット２３を駆動するための駆動コイル２４ｄと、ロータマグネット２３の回転速度に比例した逆起電力を生成してこれをロータマグネット２３の回転の制御に利用するための制動コイル２４ｂとを具えている。これら駆動コイル２４ｄおよび制動コイル２４ｂがヨーク２５を挟んで１８０度隔てて対向配置されている。これら駆動コイル２４ｄおよび制動コイル２４ｂは、導電性の接着テープ２９によってヨーク２５に固定され、外部からの信号を授受するプリント回路基板３０に接続している。
【００２４】
所定の隙間を介してロータマグネット２３を囲む円筒状のヨーク２５は、軟磁性材料にて形成され、ロータマグネット２３とで磁気回路を構成する。このヨーク２５の内周には一対の位置決め突起３１が形成され、弾性変形可能な地板１６のブラケット２７に形成された嵌合穴３２にそれぞれ係合して地板１６のブラケット２７に対して一体化されている。ヨーク２５に形成された一対の位置決め突起３１の対向方向と、駆動コイル２４ｄと制動イル２４ｂとの対向方向が直交するように、ヨーク２５に対する駆動コイル２４ｄおよび制動コイル２４ｂの取り付け位置が規定されている。これら一対の位置決め突起３１は、ロータマグネット２３のディテントトルクの磁気的安定位置を設定する機能も有する。すなわち、駆動コイル２４ｄに対する電流の遮断時にロータマグネット２３を磁気吸引することにより、絞り板１１，１２を駆動して開口絞りを閉じた状態に保持することができる。また、絞り板１１，１２の後方に設けられた光電素子（不図示）で開口状態を電流変換し駆動コイル２４ｄに通ずる励磁電流の微妙な制御により、絞り開口量の調整を可能としている。
【００２５】
このような光量調整装置１０のヨーク２５が本発明の成形体にて形成されており、これは以下のようにして製造することが可能である。
【００２６】
まず、フラン樹脂などの焼成による炭素残存率が極めて高い液状の樹脂に硬化触媒を加え、有機溶剤などの溶媒に溶解させて液状にしたものを金属粒子にコーティングして溶媒を除去した後、固体潤滑剤を添加して樹脂結合材の硬化を促進させる。このようにして後述するＡステージの硬化状態に保持し、ドライパウダー状の成形原料粉末を得る。
【００２７】
本発明で用いられる好ましい樹脂の条件としては、熱硬化性樹脂であって、液状樹脂に硬化剤を加えた後、溶剤希釈によって液状となるものである。また、金属粒子にこれをコーティングして溶剤を除去した後、固体潤滑剤などと混ぜ合わせて加熱を行うことで、ドライパウダー状の成形原料となるものである。この場合、成形原料でのコーティングされた熱硬化性樹脂の状態は、Ａステージ状態となっていることが好ましい。
【００２８】
このＡステージ状態とは、溶剤に対する熱硬化性樹脂の可溶かつ可融な状態であって、溶剤に溶解させた後に溶剤を除去した場合、粘性を示さない状態である。例えば、朝倉書店から発行された高分子学会編による「高分子辞典」第７版の第７６９ページには、Ａステージ状態が「・・・アセトン、メタノールなどの溶媒に可溶である。加熱することによって硬化し三次元構造の硬化物を与える。特にこの可溶可融状態の・・・」と記載されている。なお、Ａステージ状態の成形体原料を得るには、熱硬化性樹脂に触媒を添加し、溶剤により希釈してこれを金属粒子にコーティングした後、これを比較的低温にて加熱を行い、硬化を促進する方法を採用することができる。この他、樹脂に触媒を添加し、これを比較的低温に保って硬化を促進させた後、溶剤に溶かしてコーティングを行う方法を採用することも可能である。
【００２９】
このように、本発明で用いることができる樹脂は、所定形状の成形型に充填されて加圧成形された場合、軟化流動して成形体の表層部と成形型の成形面との界面に流動し、更に加圧を停止した場合に固化して成形体の表層部に留まる性質の樹脂である。加えて、所定の熱処理により焼失することなく焼成して炭化物となるものである。具体的には、フェノール樹脂や、前記「高分子辞典」に言うレゾールとフェノールとホルムアルデヒドとをアルカリ性触媒で付加重合させた樹脂や、フラン樹脂が好ましい。これらの中でもフラン樹脂が特に好ましいと言える。フラン樹脂は、フラン環を有する樹脂の総称である。より具体的には、フルフリルアルコール・フルフール共縮合型，フルフリルアルコール型，フルフラール・フェノール共縮合型，フルフラール・ケトン共縮合型，フルフリルアルコール・尿素共縮合型，フルフリルアルコール・フェノール共縮合型の樹脂を指す。これらの硬化には、酸性触媒として有機または無機の酸性物質が用いられる。
【００３０】
樹脂を金属粒子にコーティングした後に添加される固体潤滑剤の機能は、成形型内での加圧時の金属粒子の移動を容易にし、これによって成形体の密度を高めると共に成形体を成形型から取り出しやすくすることにある。この固体潤滑剤は、成形体を熱処理によって焼成して焼鈍を行う場合、樹脂からの分解ガスの透過孔として作用するように、常温では固体であって５００℃以下の温度で気化し、樹脂に対しては非溶解性であることが好ましく、金属石鹸類がこれに該当する。その中でも特に好ましいのはステアリン酸亜鉛である。
【００３１】
次に、このようにして作製された成形原料をヨーク２５の輪郭形状に対応した所定形状の成形型内に投入し、加圧成形を行う。これにより金属粒子の表面を覆う樹脂は、加圧に伴う融点降下を起こして軟化し、原料粉末を相互に一体化させると共にその一部が成形型の成形面側へと移動する。これは、成形型内の原料粉末が加圧により圧縮され、軟化した樹脂がそれまで原料粉末間に存在していた気泡と共に成形型の成形面側に押し出され、気泡は成形ガスとして型合わせ部分などから抜けて行くためである。樹脂は加圧に伴う摩擦熱によって次第に硬化状態となるが、成形型に対する加圧を停止して樹脂を仮硬化の状態に戻し、この状態にて成形体を成形型から取り出す。
【００３２】
次いで、この成形体に対して熱処理を施し、樹脂を完全に焼失させることなく、これを焼成する。この時の好ましい加熱温度は、フラン樹脂の場合、１００℃以上２５０℃以下である。つまり、この熱処理によって成形体表面近傍に流動した樹脂成分が焼成され、樹脂硬化物の分解ガスや未反応物質が成形体中の欠陥部分や固体潤滑剤の揮散孔を通って成形体表面から放出され、樹脂成分が炭化状態となる。特に、成形体の表層部にはピンホールのきわめて少ない多量の樹脂炭化物が保護膜となって形成される。
【００３３】
さらに、この成形体を加熱して金属粒子を相互に溶着させる。この時の好ましい加熱温度は５００℃以上１２００℃以下であり、真空中や不活性気体中、あるいは還元雰囲気にて行うことが望ましい。この時の加熱温度が低いと、金属粒子の溶着が促進されず、成形体の強度を高めることができない。逆に、加熱温度が高すぎると、金属粒子の溶着が進行し過ぎて寸法変化が大きくなってしまう。
【００３４】
このようにして、金属粒子が直接接触している部分は相互に溶着し、また金属粒子間介在していた樹脂成分は炭化物がとなり、特に成形体の表層部には多量の炭化物が存在した成形体（複合型金属成形体）を得ることができる。この場合、当然のことながら樹脂の硬化ステップと、分解ガスの放出ステップと、金属粒子の溶着ステップおよび樹脂の炭化ステップとを一連の熱処理プログラムにて行うことが可能である。
【００３５】
その後、得られた成形体の防錆処理を行う。ここまで述べた処理によって成形体の表層部を構成する炭化物の層は、この成形体内部へのめっき液などの防錆剤の浸透を妨げることができ、しかもこの炭化物の層は防錆処理を行う際の下地層としても機能する。また、焼結体のようなポーラスな表面とは異なり、本発明では、炭化物からなる下地層と金属粒子とからなる成形体表面への防錆層の形成、特にめっき層の析出を欠陥なく行うことができる。このため、めっき層が形成体を拘束してこれが磁化する際の体積変化を妨げる働きをすると考えられる。このため、特にめっき層の厚みを調整することで、後述する軟磁気特性の角形比を最適化し、同時に耐食性を高めることができる。
【００３６】
防錆用の好ましいめっきの方式は、析出が均一に行うことができる無電解めっきであり、防錆効果の観点から特にニッケル燐めっきが好適である。また、そのめっき膜厚が薄すぎた場合、防錆効果や後述する角形比の制御の効果が少なく、逆に厚くなり過ぎると軟磁気特性を劣化させることから、０.１〜２０μｍの範囲が好ましいと言える。なお、防錆層として上述しためっき層が特に好ましいと言えるけれども、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、他の有機または無機を問わず、塗装やＣＶＤ法あるいはＰＶＤ法による防錆層であっても、本発明の効果を得ることが可能である。
【００３７】
なお、本発明による成形体において、防錆層の形成により後述する角形比が低減しているか否かの確認を行う場合、防錆層を除去した後の成形体の磁気特性か、または防錆層を形成する前の成形体を用いて比較することができる。
【００３８】
次に、本実施形態におけるヨーク２５のより具体的な製造手順の一例を以下に示すが、本発明はこのような実施形態にのみ限定されるものではないことに注意されたい。
【００３９】
まず金属粒子として、鉄粉 Somaloy ５００（スウェーデン国ヘガネス社の商品名）を用意した。また、樹脂としてフラン樹脂ＶＦ３０３（日立化成株式会社の商品名）を用意し、さらにその酸性触媒としてＡ３（日立化成株式会社の商品名）を用意した。そして、フラン樹脂１００質量部に対し、酸性触媒を１質量部加え、これらを２倍量のアセトンで希釈して液状とし、これを浮遊流動させた状態の鉄粉に散布した。そして、溶剤であるアセトンを蒸発させて酸性触媒を含むフラン樹脂を鉄粉の表面に被覆し、さらに固体潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を１質量部加えて成形原料を得た。これをヨーク２５の軸線と平行な方向から１cm2当たりの１０トンの加圧力を加えて加圧成形体を得た。
【００４０】
次に、成形型からこの加圧成形体を取り出し、耐熱性の平板に載せ、１８０℃にて加圧成形体を１時間加熱し、まず樹脂の硬化を行った。次いで、真空雰囲気中にて６００℃まで昇温してこれを１時間保持し、加圧成形体から固体潤滑材を除去すると共に樹脂に含まれる分解ガスを放出させる。さらに、水素還元雰囲気にて８５０℃で１時間保持し、金属粒子の溶着と樹脂の焼成とを行い、樹脂を炭化させた成形体（複合型金属成形体）を得た。
【００４１】
しかる後、この成形体を無電解ニッケルリンめっき液に浸漬し、ニッケルリンめっき層をその表面に形成してヨーク２５を完成した。
【００４２】
本実施形態のヨーク２５に関し、図２の模式図に示すような一点鎖線の枠で囲んだ外周の一部を走査型電子顕微鏡で観察した結果を図３に示す。これは、めっき層を形成する前の成形体を希硝酸でエッチングを施し、電子線照射時におけるヨーク２５のチャージアップを抑制するため、導電性の接着テープ２９に固定したものである。図３中の二点鎖線は、ヨーク２５の外周を表している。また、この部分の炭素の分布状態を図４に示す。図４中の白点部分が炭素の存在確率の高い領域である。なお、ヨーク２５の位置決め突起３１の部分をラップ研磨した後、希硝酸によりエッチングを施して走査型電子顕微鏡にて観察した状態を図５に示す。硝酸により鉄がエッチングされて表面が乱れた個所や、アトマイズ法により作成された鉄粉がエッチング液に侵されて除去され、そこに接触して残留している炭素の平坦領域を確認することができる。つまり、図５から金属粒子間に炭化物が介在していることを理解されよう。
【００４３】
次に、めっき層が表面に形成された本実施形態におけるヨークと、めっき層を形成する前の成形体を用いたヨークとの性能の評価を試みた。このため、めっき浴として、シューマーＳＥ-６６０（日本カニゼン株式会社の商品名）を用い、pＨが４〜６，浴温が９０℃，めっき速度が１０μｍ/時間の条件下で膜厚がそれぞれ０.１μｍ，１０μｍ，２０μｍのヨーク２５を実施例１〜３として作成した。また、比較のための本発明に該当しないヨークの比較例１〜３も作成した。
【００４４】
実施例１〜３および比較例１〜３のヨークに一次および二次の巻線を各々３０ターン施し、直流磁気記録装置でこれらを８００Ａ/ｍまで磁界を印加した場合の磁束密度Ｂ８００（ガウス）と、抗磁力Ｈc（Ａ/ｍ）と、角形比Ｒs（％）とを求めた。因みに、ヨークの軟磁気特性の指標となる角形比Ｒsは、ヨークに８００Ａ/ｍの磁界を印加した場合に得られる磁束密度Ｂ８００に対するヨークの残留磁束密度Ｂrの割合を示し、(Ｂr/Ｂ８００)×１００で表される。また、図１に示す光量調整装置１０に実施例１〜３および比較例１〜３のヨークを組み込み、駆動電流を遮断した場合に絞り開口が閉状態に保持されることができるか否かの確認を行った（駆動特性１）。なお、この光量調整装置のロータマグネットの表面磁束密度は9850Ｇのものを用いている。次に、この駆動特性１にて正常に作動した実施例１〜３および比較例１に対し、絞り開口量を全閉にした状態から励磁電流を徐々に連続的に増加させ、これに伴って絞り開口量が連続的増大するか否かの動作確認を行った。また、逆に絞り開口量を全開にした状態から励磁電流を連続的に低減させ、これに伴って絞り開口量が連続的に減少するか否かの動作確認を併せて行った（駆動特性２）。さらに、実施例１〜３および比較例１〜３のヨーク各々１００個を８０℃９０％ＲＨの高湿度環境に１０００時間投入し、耐食性評価の加速試験を行った。これらの結果を表１に示す。
【００４５】
なお、比較例１は、本実施形態におけるヨーク２５に対してめっき層を形成する前の成形体に該当するものであり、前述の光量調節装置のロータマグネットの表面磁束密度以上の残留磁束密度Ｂrとなっている。また、比較例２は、成形体の製造手順が本発明に該当しないものである。具体的には、１００質量部のフラン樹脂ＶＦ３０３（前掲のもの）をその酸性触媒として先のＡ３を１質量部加えた液に浸漬して真空含浸を行った後、耐熱平板に載せて１８０℃にて含浸樹脂の硬化を１時間行った。次いで、真空中にてこれを６００℃まで昇温して１時間保持し、さらに水素還元雰囲気にて８５０℃に１時間加熱し、含浸樹脂の焼成を行ったものである。この例における磁束密度Ｂ８００は、前述の光量調節装置のロータマグネットの表面磁束密度以下で、角形比Ｒsも６０％以下になっている。比較例３は、比較例１にて製造された成形体の表面に３０μｍのめっき層を形成したものであるが、磁束密度Ｂ８００は比較例1と同様、前述の光量調節装置のロータマグネットの表面磁束密度以下で、角形比Ｒsも６０％以下になっている。
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１に示す結果から、ヨークの表面に無電解ニッケルリンめっき処理を施すことにより、良好な耐食性が得られる。その反面、めっき層が厚くなるほど磁束密度Ｂ８００および残留磁束密度Ｂrが共に低下するため、これに伴って角形比Ｒsも低下するのに対し、抗磁力Ｈcが次第に増大することを理解できよう。比較例２の場合、熱処理後に樹脂を含浸して再度熱処理を行うことにより、樹脂中に含まれる分解ガスが成形体から脱出しにくくなって成形体中に残留してしまう。この結果、軟磁気特性の特徴である大きな磁束密度Ｂ８００と小さな坑磁力Ｈcとを損なってしまうことを理解できよう。
【００４８】
駆動特性１に関し、比較例１の場合には残留磁束密度Ｂrがロータマグネットの磁束密度より大きいため、全閉位置でロータマグネットを保持できず、絞りを全閉状態に安定して保つことができなかったと考えられる。それに対し、実施例１〜３および比較例２，３は残留磁束密度Ｂrよりもロータマグネットの磁束密度が十分大きく全閉状態に維持することができたと考えられる。
【００４９】
また、駆動特性２に関しては、励磁電流の変化に対して、実施例１〜３ではロータマグネットの回転は充分制御することができ、満足する機能を得ることができた。しかしながら、比較例２，３は磁束密度Ｂ８００がロータマグネットの磁束密度よりも小さく、かつ励磁電流の変化に対するヨークの磁束密度の変化が大きく、絞りの開閉の調節が充分行えない。
【００５０】
従って、本実施例の光量調整装置の駆動状態を円滑かつ確実に行うには、本発明の成形体の角型比Ｒs［(Ｂr/Ｂ８００)×１００］が６０％以上かつ９０％以下である必要がある。また、ロータマグネットの磁束密度の絶対値が残留磁束密度Ｂr以上かつ磁束密度Ｂ８００以下であることも必要である。
【００５１】
耐食性に関し、表面にめっき層が形成された実施例１〜３および比較例３では、すべての試料で発錆が見られなかったのに対し、比較例１，２では、全体の１４％の試料に発錆が起きており、耐食性が不充分であることを確認できた。
【００５２】
このように、光量調整装置１０のヨーク２５として本発明の成形体を適用することにより、位置決め突起３１を含む形状を一体的に加工でき、かつ同時に励磁電流制御により微妙な絞り開口量を設定すると共に優れた防錆力を得ることができる。
【００５３】
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明を光学機器の光量調整装置に応用した一実施形態の外観を分解状態で表す立体投影図である。
【図２】図１に示した光量調整装置の一部を構成するヨークの平面図であり、走査型電子顕微鏡による観察領域を二点鎖線で示してある。
【図３】図２に示したヨークの観察領域の走査型顕微鏡写真である。
【図４】図２と同一位置を炭素元素分析した状態を示す図であり、白点が炭素の存在確率の高い箇所である。なお、二点鎖線で示すヨークの外周よりも外側にある白点は、導電性粘着テープの炭素である。
【図５】ヨークをラッピング加工した後にエッチングした加工面の走査型電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 光量調整装置
１１，１２ 絞り板
１３ 絞り板駆動機構
１４ リンクアーム
１５ ケース
１６ 地板
１７ 電磁駆動装置
１８ ピン
１９ 長孔
２０，２１ 開口
２２ ＮＤフィルタ
２３ ロータマグネット
２４ 励磁コイル
２４ｄ 駆動コイル
２４ｂ 制動コイル
２５ ヨーク
２６ 支軸
２７ ブラケット
２８ キャップ部材
２９ 接着テープ
３０ プリント回路基板
３１ 位置決め突起
３２ 嵌合穴
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相互に溶着した軟磁性材料を含む金属粒子間に樹脂の炭化物が介在すると共に表面に防錆層が形成された成形体およびその製造方法ならびにこの成形体を磁気回路の一部に使用した電磁駆動装置および光量調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
結合剤として樹脂を用い、この樹脂と共に金属粒子を成形型内で圧縮成形する粉末成形法が知られている。この粉末成形法によって得られる成形品は、その寸法形状が成形型に極めて近似したものとなり、成形後の後加工を基本的に必要としないという利点を持つ。このため、粉末成形法は主として材料価格の高いものや、切削加工が困難なものを製造する際に有効な方法であると言える。また、この粉末成形法によって得られる成形品は、金属粒子間に結合剤である樹脂が介在した構造となっているため、その機械的強度に制約がある。このため、粉末成形法によって得られる成形品は、機械的強度が比較的問題とされない部材として用いられることが多い。例えば、金属粒子として希土類磁石粉末を用いた成形磁性体がモータの円柱状をなすロータなどに採用されている。さらに、金属粒子として軟磁性材料を用いたモータのヨークやステータ、あるいは光学機器に組み込まれるアクチュエータのヨークやトランスの他、磁気ヘッドのコアなどにもその適用範囲が拡げられている。
【０００３】
一方、このような樹脂結合剤と金属粒子とからなる粉末成形体の防錆処理としては、塗装処理やめっき処理などが知られている。その中でもめっき膜で覆う方法は、簡便性や確実性の面から極めて有効な方法であること考えられている。
【０００４】
しかしながら、焼結部品などの耐食性を高めるためにめっき処理を行うと、成形品自体が多孔質のため、めっき液が成形品の微細空隙内に侵入できなかったり、内部に侵入できたとしてもそこからめっき液が排除されずに残されたままとなってしまう可能性がある。このため、めっき液が侵入できなかった個所や、めっき液が取り残されてしまった個所から腐食が進行し、長期的に充分な耐食性を確保することが困難となる。また、樹脂結合型軟磁性材料のように、粉末成形によって得られた成形品は、その側面部が加圧時や脱型時に成形型とこすれて樹脂結合剤が薄くなってしまったり、時には金属粒子が剥き出しとなって成形される。しかも、このような粉末成形においては、成型圧を高めて高密度化しようとしても、粒子間に形成される気泡やこれらの気泡が成形品の表面に連なったピンホールを有するものが多い。このような成形品にめっき膜を形成してその耐食性を高めようとしても、金属と樹脂結合剤とでは導電性が異なるため、均一なめっき膜を形成することが本質的に困難なものとなる。この結果、表面の薄い樹脂結合剤のところにはめっき膜が形成されなかったり、ピンホールを伝わり内部へのめっき液が侵入するなどにより、結局は耐食性の低い成形体となってしまう。
【０００５】
このようなめっき形成の不具合に対処するため、減圧下でめっき処理を行うことが特許文献１にて提唱されている。
【０００６】
しかながら、特許文献１に開示された減圧下でのめっき処理は、その作業が煩雑であるだけでなく、めっき液が減圧によりピンホール内に侵入したとしてもその後の新液補給が行われにくい。このため、ピンホール内壁へのめっき析出と共にめっき液濃度が低下し、充分な厚みのめっき膜を得ることが困難となる。当然のことながら、めっき膜を付けられる材料より、めっき膜のほうが耐食性以外の性質は劣るのが一般的であり、めっき膜は必要最小限の厚みとなる。このため、ピンホール内のめっき膜を充分に厚くしようとすると、大部分を占める最表面部に必要な性能を低下させてしまう。そのため、ピンホール内の耐食性の確保ができないか、できたとしても必要な性能を満足しない成形体となってしまう。
【０００７】
このような知見に基づき、本発明者らは特許文献２にて充分な耐食性を与えることができると共に寸法精度や機械的強度が良好な成形体およびこの成形体の製造方法を提案した。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２２６９９４号公報
【特許文献２】特開２００８−０３８１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、光学装置の小型化に伴い、光が通過する開口の開度を調整するための光量調整装置は、以前にも増して精密な絞り開口量の制御が必要となってきている。そのため本発明者らが提案した成形体をこれらの磁気回路に使用するにあたっても、防錆性のみならずさらなる磁気特性の改善が望まれている。
【００１０】
本発明の目的は、特許文献２に対して磁気特性をさらに改善し得る成形体およびその製造方法ならびにこの成形体を磁気回路の一部に使用した電磁駆動装置および光量調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の形態は、永久磁石と励磁コイルへの通電により磁気回路を構成する電磁駆動装置に用いる成形体であって、この成形体は相互に溶着した軟磁性材料を含む金属粒子間に樹脂の炭化物が介在し、この樹脂の炭化物がより多量に含まれた表層部を有し、この表層部の表面に防錆層が形成されており、この成形体に８００Ａ/ｍの磁界を印加した場合に得られる磁束密度Ｂ８００に対する前記成形体の残留磁束密度Ｂrの割合を角形比Ｒsとして(Ｂr/Ｂ８００)×１００で表した場合、当該成形体の角形比Ｒsが６０％以上かつ９０％以下となるように前記防錆層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第２の形態は、永久磁石と励磁コイルへの通電により磁気回路を構成する電磁駆動装置に用いる成形体の製造方法であって、この成形体は相互に溶着した軟磁性材料を含む金属粒子間に樹脂の炭化物が介在し、この樹脂の炭化物がより多量に含まれた表層部を有し、この表層部の表面に防錆層が形成されており、軟磁性材料を含む金属粒子を樹脂で被覆し成形原料を得るステップと、成形型に前記成形原料を充填しこれを加圧成形することにより、前記樹脂の一部を前記成形型との界面に流動させた状態で加圧成形体を得るステップと、前記加圧成形体を加熱して前記樹脂を焼成するとともに前記金属粒子を相互に溶着させ前記金属粒子間に前記樹脂の炭化物が介在するととともにこの樹脂の炭化物がより多量に含まれた表層部を有する成形体を得るステップと、前記表層部の表面に防錆層を形成するステップとを具え、前記防錆層を形成するステップは、この成形体に８００Ａ/ｍの磁界を印加した場合に得られる磁束密度Ｂ８００に対する前記成形体の残留磁束密度Ｂrの割合を角形比Ｒsとして(Ｂr/Ｂ８００)×１００で表した場合、当該成形体の角形比Ｒsが６０％以上かつ９０％以下となるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第３の形態は、永久磁石と、励磁コイルへの通電により磁気回路を構成するヨークとを具え、このヨークが本発明の第１の形態による成形体か、あるいは本発明の第２の形態により製造された成形体によって構成されていることを特徴とする電磁駆動装置にある。
【００１４】
本発明の第４の形態は、相互に組み合わされて絞り開口を画成する少なくとも２枚の羽根部材と、これら羽根部材の少なくとも一つを駆動して前記絞り開口の大きさを変更するための羽根駆動機構とを具え、前記羽根駆動機構が本発明の第３の形態による電磁駆動装置を含むことを特徴とする光量調整装置にある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、成形体の角形比Ｒsが６０％以上となるように、防錆層を表層部の表面に形成したので、成形体の抗磁力の増大を抑制すると同時に磁束密度Ｂ８００および残留磁束密度Ｂrの低下も抑制することが可能である。また角形比Ｒsが９０％以下となるようにしたので、残留磁束密度Ｂrが高くなりすぎることを抑制できる。この結果、励磁コイルへの通電により磁気回路を構成する軟磁性材料としての特性をより良好なものにすることができる。しかも、安定した防錆層を形成できるので、極めて耐食性の高い成形体を得ることが可能である。
【００１６】
本発明の光量調整装置によると、羽根部材の少なくとも一つを駆動して絞り開口の大きさを変更するための羽根駆動機構が本発明の電磁駆動装置を含んでいるので、従来のものよりも絞り開口量の制御を安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を光学機器の光量調整装置に応用した一実施形態について、その外観を分解状態で示す図１を参照しながら以下に詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、例えば磁気記録ヘッドのコア材料や、各種電動モータのヨークまたはステータへの適用が可能である。
【００１８】
図１に示した本実施形態における光学機器の光量調整装置１０は、相互に組み合わされて絞り開口を画成する２枚の絞り板１１，１２と、これら２枚の絞り板１１，１２を駆動して絞り開口の大きさを変更するための絞り板駆動機構１３とを具える。また、本実施形態における絞り板駆動機構１３は、リンクアーム１４と、ケース１５と、地板１６と、電磁駆動装置１７とを含み、この絞り板駆動機構１３が本発明の羽根駆動機構として機能する。
【００１９】
リンクアーム１４は、その両端部に形成されたピン１８が２枚の絞り板１１，１２の基端部にそれぞれ形成された長孔１９に対して係合し、光を通す開口２０が形成されたケース１５は、２枚の絞り板１１，１２を往復動自在に支持する。光を通す開口２１が形成された地板１６には、リンクアーム１４に当接してその揺動端を規定するための図示しないストッパ部が突設されている。
【００２０】
本実施形態では、リンクアーム１４を揺動させて２枚の絞り板１１，１２を同時に逆方向に駆動させ、これによって絞り開口の開度を変化させるようにしているが、絞り板１１，１２の何れか一方のみを駆動して絞り開口の大きさを変更させるようにしてもよい。なお、本実施形態における一方の絞り板１１には、絞り開口によって調整し切れないような過大光量が通過するのを遮るためのＮＤフィルタ２２が固定状態で取り付けられている。また、本発明における羽根部材としての絞り板１１，１２の数を３枚以上に設定することも可能である。
【００２１】
本実施形態における電磁駆動装置１７は、本発明の永久磁石としてのロータマグネット２３と、励磁コイル２４と、この励磁コイル２４への通電により磁気回路を構成するヨーク２５とを具えている。
【００２２】
半周ずつ２極に着磁された円筒状をなすロータマグネット２３は、地板１６に組み込まれた図示しない軸受を介して回転自在に地板１６に取り付けられている。ロータマグネット２３から突出する支軸２６の一端部は、リンクアーム１４の中央部に一体的に連結されている。ロータマグネット２３の他端部は、地板１６に突設された一対のブラケット２７の先端部に嵌着されるキャップ部材２８に図示しない軸受を介して回転自在に支持されている。
【００２３】
本実施形態における励磁コイル２４は、ロータマグネット２３を駆動するための駆動コイル２４ｄと、ロータマグネット２３の回転速度に比例した逆起電力を生成してこれをロータマグネット２３の回転の制御に利用するための制動コイル２４ｂとを具えている。これら駆動コイル２４ｄおよび制動コイル２４ｂがヨーク２５を挟んで１８０度隔てて対向配置されている。これら駆動コイル２４ｄおよび制動コイル２４ｂは、導電性の接着テープ２９によってヨーク２５に固定され、外部からの信号を授受するプリント回路基板３０に接続している。
【００２４】
所定の隙間を介してロータマグネット２３を囲む円筒状のヨーク２５は、軟磁性材料にて形成され、ロータマグネット２３とで磁気回路を構成する。このヨーク２５の内周には一対の位置決め突起３１が形成され、弾性変形可能な地板１６のブラケット２７に形成された嵌合穴３２にそれぞれ係合して地板１６のブラケット２７に対して一体化されている。ヨーク２５に形成された一対の位置決め突起３１の対向方向と、駆動コイル２４ｄと制動イル２４ｂとの対向方向が直交するように、ヨーク２５に対する駆動コイル２４ｄおよび制動コイル２４ｂの取り付け位置が規定されている。これら一対の位置決め突起３１は、ロータマグネット２３のディテントトルクの磁気的安定位置を設定する機能も有する。すなわち、駆動コイル２４ｄに対する電流の遮断時にロータマグネット２３を磁気吸引することにより、絞り板１１，１２を駆動して開口絞りを閉じた状態に保持することができる。また、絞り板１１，１２の後方に設けられた光電素子（不図示）で開口状態を電流変換し駆動コイル２４ｄに通ずる励磁電流の微妙な制御により、絞り開口量の調整を可能としている。
【００２５】
このような光量調整装置１０のヨーク２５が本発明の成形体にて形成されており、これは以下のようにして製造することが可能である。
【００２６】
まず、フラン樹脂などの焼成による炭素残存率が極めて高い液状の樹脂に硬化触媒を加え、有機溶剤などの溶媒に溶解させて液状にしたものを金属粒子にコーティングして溶媒を除去した後、固体潤滑剤を添加して樹脂結合材の硬化を促進させる。このようにして後述するＡステージの硬化状態に保持し、ドライパウダー状の成形原料粉末を得る。
【００２７】
本発明で用いられる好ましい樹脂の条件としては、熱硬化性樹脂であって、液状樹脂に硬化剤を加えた後、溶剤希釈によって液状となるものである。また、金属粒子にこれをコーティングして溶剤を除去した後、固体潤滑剤などと混ぜ合わせて加熱を行うことで、ドライパウダー状の成形原料となるものである。この場合、成形原料でのコーティングされた熱硬化性樹脂の状態は、Ａステージ状態となっていることが好ましい。
【００２８】
このＡステージ状態とは、溶剤に対する熱硬化性樹脂の可溶かつ可融な状態であって、溶剤に溶解させた後に溶剤を除去した場合、粘性を示さない状態である。例えば、朝倉書店から発行された高分子学会編による「高分子辞典」第７版の第７６９ページには、Ａステージ状態が「・・・アセトン、メタノールなどの溶媒に可溶である。加熱することによって硬化し三次元構造の硬化物を与える。特にこの可溶可融状態の・・・」と記載されている。なお、Ａステージ状態の成形体原料を得るには、熱硬化性樹脂に触媒を添加し、溶剤により希釈してこれを金属粒子にコーティングした後、これを比較的低温にて加熱を行い、硬化を促進する方法を採用することができる。この他、樹脂に触媒を添加し、これを比較的低温に保って硬化を促進させた後、溶剤に溶かしてコーティングを行う方法を採用することも可能である。
【００２９】
このように、本発明で用いることができる樹脂は、所定形状の成形型に充填されて加圧成形された場合、軟化流動して成形体の表層部と成形型の成形面との界面に流動し、更に加圧を停止した場合に固化して成形体の表層部に留まる性質の樹脂である。加えて、所定の熱処理により焼失することなく焼成して炭化物となるものである。具体的には、フェノール樹脂や、前記「高分子辞典」に言うレゾールとフェノールとホルムアルデヒドとをアルカリ性触媒で付加重合させた樹脂や、フラン樹脂が好ましい。これらの中でもフラン樹脂が特に好ましいと言える。フラン樹脂は、フラン環を有する樹脂の総称である。より具体的には、フルフリルアルコール・フルフール共縮合型，フルフリルアルコール型，フルフラール・フェノール共縮合型，フルフラール・ケトン共縮合型，フルフリルアルコール・尿素共縮合型，フルフリルアルコール・フェノール共縮合型の樹脂を指す。これらの硬化には、酸性触媒として有機または無機の酸性物質が用いられる。
【００３０】
樹脂を金属粒子にコーティングした後に添加される固体潤滑剤の機能は、成形型内での加圧時の金属粒子の移動を容易にし、これによって成形体の密度を高めると共に成形体を成形型から取り出しやすくすることにある。この固体潤滑剤は、成形体を熱処理によって焼成して焼鈍を行う場合、樹脂からの分解ガスの透過孔として作用するように、常温では固体であって５００℃以下の温度で気化し、樹脂に対しては非溶解性であることが好ましく、金属石鹸類がこれに該当する。その中でも特に好ましいのはステアリン酸亜鉛である。
【００３１】
次に、このようにして作製された成形原料をヨーク２５の輪郭形状に対応した所定形状の成形型内に投入し、加圧成形を行う。これにより金属粒子の表面を覆う樹脂は、加圧に伴う融点降下を起こして軟化し、原料粉末を相互に一体化させると共にその一部が成形型の成形面側へと移動する。これは、成形型内の原料粉末が加圧により圧縮され、軟化した樹脂がそれまで原料粉末間に存在していた気泡と共に成形型の成形面側に押し出され、気泡は成形ガスとして型合わせ部分などから抜けて行くためである。樹脂は加圧に伴う摩擦熱によって次第に硬化状態となるが、成形型に対する加圧を停止して樹脂を仮硬化の状態に戻し、この状態にて成形体を成形型から取り出す。
【００３２】
次いで、この成形体に対して熱処理を施し、樹脂を完全に焼失させることなく、これを焼成する。この時の好ましい加熱温度は、フラン樹脂の場合、１００℃以上２５０℃以下である。つまり、この熱処理によって成形体表面近傍に流動した樹脂成分が焼成され、樹脂硬化物の分解ガスや未反応物質が成形体中の欠陥部分や固体潤滑剤の揮散孔を通って成形体表面から放出され、樹脂成分が炭化状態となる。特に、成形体の表層部にはピンホールのきわめて少ない多量の樹脂炭化物が保護膜となって形成される。
【００３３】
さらに、この成形体を加熱して金属粒子を相互に溶着させる。この時の好ましい加熱温度は５００℃以上１２００℃以下であり、真空中や不活性気体中、あるいは還元雰囲気にて行うことが望ましい。この時の加熱温度が低いと、金属粒子の溶着が促進されず、成形体の強度を高めることができない。逆に、加熱温度が高すぎると、金属粒子の溶着が進行し過ぎて寸法変化が大きくなってしまう。
【００３４】
このようにして、金属粒子が直接接触している部分は相互に溶着し、また金属粒子間介在していた樹脂成分は炭化物がとなり、特に成形体の表層部には多量の炭化物が存在した成形体（複合型金属成形体）を得ることができる。この場合、当然のことながら樹脂の硬化ステップと、分解ガスの放出ステップと、金属粒子の溶着ステップおよび樹脂の炭化ステップとを一連の熱処理プログラムにて行うことが可能である。
【００３５】
その後、得られた成形体の防錆処理を行う。ここまで述べた処理によって成形体の表層部を構成する炭化物の層は、この成形体内部へのめっき液などの防錆剤の浸透を妨げることができ、しかもこの炭化物の層は防錆処理を行う際の下地層としても機能する。また、焼結体のようなポーラスな表面とは異なり、本発明では、炭化物からなる下地層と金属粒子とからなる成形体表面への防錆層の形成、特にめっき層の析出を欠陥なく行うことができる。このため、めっき層が形成体を拘束してこれが磁化する際の体積変化を妨げる働きをすると考えられる。このため、特にめっき層の厚みを調整することで、後述する軟磁気特性の角形比を最適化し、同時に耐食性を高めることができる。
【００３６】
防錆用の好ましいめっきの方式は、析出が均一に行うことができる無電解めっきであり、防錆効果の観点から特にニッケル燐めっきが好適である。また、そのめっき膜厚が薄すぎた場合、防錆効果や後述する角形比の制御の効果が少なく、逆に厚くなり過ぎると軟磁気特性を劣化させることから、０.１〜２０μｍの範囲が好ましいと言える。なお、防錆層として上述しためっき層が特に好ましいと言えるけれども、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、他の有機または無機を問わず、塗装やＣＶＤ法あるいはＰＶＤ法による防錆層であっても、本発明の効果を得ることが可能である。
【００３７】
なお、本発明による成形体において、防錆層の形成により後述する角形比が低減しているか否かの確認を行う場合、防錆層を除去した後の成形体の磁気特性か、または防錆層を形成する前の成形体を用いて比較することができる。
【００３８】
次に、本実施形態におけるヨーク２５のより具体的な製造手順の一例を以下に示すが、本発明はこのような実施形態にのみ限定されるものではないことに注意されたい。
【００３９】
まず金属粒子として、鉄粉 Somaloy ５００（スウェーデン国ヘガネス社の商品名）を用意した。また、樹脂としてフラン樹脂ＶＦ３０３（日立化成株式会社の商品名）を用意し、さらにその酸性触媒としてＡ３（日立化成株式会社の商品名）を用意した。そして、フラン樹脂１００質量部に対し、酸性触媒を１質量部加え、これらを２倍量のアセトンで希釈して液状とし、これを浮遊流動させた状態の鉄粉に散布した。そして、溶剤であるアセトンを蒸発させて酸性触媒を含むフラン樹脂を鉄粉の表面に被覆し、さらに固体潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を１質量部加えて成形原料を得た。これをヨーク２５の軸線と平行な方向から１cm2当たりの１０トンの加圧力を加えて加圧成形体を得た。
【００４０】
次に、成形型からこの加圧成形体を取り出し、耐熱性の平板に載せ、１８０℃にて加圧成形体を１時間加熱し、まず樹脂の硬化を行った。次いで、真空雰囲気中にて６００℃まで昇温してこれを１時間保持し、加圧成形体から固体潤滑材を除去すると共に樹脂に含まれる分解ガスを放出させる。さらに、水素還元雰囲気にて８５０℃で１時間保持し、金属粒子の溶着と樹脂の焼成とを行い、樹脂を炭化させた成形体（複合型金属成形体）を得た。
【００４１】
しかる後、この成形体を無電解ニッケルリンめっき液に浸漬し、ニッケルリンめっき層をその表面に形成してヨーク２５を完成した。
【００４２】
本実施形態のヨーク２５に関し、図２の模式図に示すような一点鎖線の枠で囲んだ外周の一部を走査型電子顕微鏡で観察した結果を図３に示す。これは、めっき層を形成する前の成形体を希硝酸でエッチングを施し、電子線照射時におけるヨーク２５のチャージアップを抑制するため、導電性の接着テープ２９に固定したものである。図３中の二点鎖線は、ヨーク２５の外周を表している。また、この部分の炭素の分布状態を図４に示す。図４中の白点部分が炭素の存在確率の高い領域である。なお、ヨーク２５の位置決め突起３１の部分をラップ研磨した後、希硝酸によりエッチングを施して走査型電子顕微鏡にて観察した状態を図５に示す。硝酸により鉄がエッチングされて表面が乱れた個所や、アトマイズ法により作成された鉄粉がエッチング液に侵されて除去され、そこに接触して残留している炭素の平坦領域を確認することができる。つまり、図５から金属粒子間に炭化物が介在していることを理解されよう。
【００４３】
次に、めっき層が表面に形成された本実施形態におけるヨークと、めっき層を形成する前の成形体を用いたヨークとの性能の評価を試みた。このため、めっき浴として、シューマーＳＥ-６６０（日本カニゼン株式会社の商品名）を用い、pＨが４〜６，浴温が９０℃，めっき速度が１０μｍ/時間の条件下で膜厚がそれぞれ０.１μｍ，１０μｍ，２０μｍのヨーク２５を実施例１〜３として作成した。また、比較のための本発明に該当しないヨークの比較例１〜３も作成した。
【００４４】
実施例１〜３および比較例１〜３のヨークに一次および二次の巻線を各々３０ターン施し、直流磁気記録装置でこれらを８００Ａ/ｍまで磁界を印加した場合の磁束密度Ｂ８００（ガウス）と、抗磁力Ｈc（Ａ/ｍ）と、角形比Ｒs（％）とを求めた。因みに、ヨークの軟磁気特性の指標となる角形比Ｒsは、ヨークに８００Ａ/ｍの磁界を印加した場合に得られる磁束密度Ｂ８００に対するヨークの残留磁束密度Ｂrの割合を示し、(Ｂr/Ｂ８００)×１００で表される。また、図１に示す光量調整装置１０に実施例１〜３および比較例１〜３のヨークを組み込み、駆動電流を遮断した場合に絞り開口が閉状態に保持されることができるか否かの確認を行った（駆動特性１）。なお、この光量調整装置のロータマグネットの表面磁束密度は9850Ｇのものを用いている。次に、この駆動特性１にて正常に作動した実施例１〜３および比較例１に対し、絞り開口量を全閉にした状態から励磁電流を徐々に連続的に増加させ、これに伴って絞り開口量が連続的増大するか否かの動作確認を行った。また、逆に絞り開口量を全開にした状態から励磁電流を連続的に低減させ、これに伴って絞り開口量が連続的に減少するか否かの動作確認を併せて行った（駆動特性２）。さらに、実施例１〜３および比較例１〜３のヨーク各々１００個を８０℃９０％ＲＨの高湿度環境に１０００時間投入し、耐食性評価の加速試験を行った。これらの結果を表１に示す。
【００４５】
なお、比較例１は、本実施形態におけるヨーク２５に対してめっき層を形成する前の成形体に該当するものであり、前述の光量調節装置のロータマグネットの表面磁束密度以上の残留磁束密度Ｂrとなっている。また、比較例２は、成形体の製造手順が本発明に該当しないものである。具体的には、１００質量部のフラン樹脂ＶＦ３０３（前掲のもの）をその酸性触媒として先のＡ３を１質量部加えた液に浸漬して真空含浸を行った後、耐熱平板に載せて１８０℃にて含浸樹脂の硬化を１時間行った。次いで、真空中にてこれを６００℃まで昇温して１時間保持し、さらに水素還元雰囲気にて８５０℃に１時間加熱し、含浸樹脂の焼成を行ったものである。この例における磁束密度Ｂ８００は、前述の光量調節装置のロータマグネットの表面磁束密度以下で、角形比Ｒsも６０％以下になっている。比較例３は、比較例１にて製造された成形体の表面に３０μｍのめっき層を形成したものであるが、磁束密度Ｂ８００は比較例1と同様、前述の光量調節装置のロータマグネットの表面磁束密度以下で、角形比Ｒsも６０％以下になっている。
【００４６】
【表１】
【００４７】
表１に示す結果から、ヨークの表面に無電解ニッケルリンめっき処理を施すことにより、良好な耐食性が得られる。その反面、めっき層が厚くなるほど磁束密度Ｂ８００および残留磁束密度Ｂrが共に低下するため、これに伴って角形比Ｒsも低下するのに対し、抗磁力Ｈcが次第に増大することを理解できよう。比較例２の場合、熱処理後に樹脂を含浸して再度熱処理を行うことにより、樹脂中に含まれる分解ガスが成形体から脱出しにくくなって成形体中に残留してしまう。この結果、軟磁気特性の特徴である大きな磁束密度Ｂ８００と小さな坑磁力Ｈcとを損なってしまうことを理解できよう。
【００４８】
駆動特性１に関し、比較例１の場合には残留磁束密度Ｂrがロータマグネットの磁束密度より大きいため、全閉位置でロータマグネットを保持できず、絞りを全閉状態に安定して保つことができなかったと考えられる。それに対し、実施例１〜３および比較例２，３は残留磁束密度Ｂrよりもロータマグネットの磁束密度が十分大きく全閉状態に維持することができたと考えられる。
【００４９】
また、駆動特性２に関しては、励磁電流の変化に対して、実施例１〜３ではロータマグネットの回転は充分制御することができ、満足する機能を得ることができた。しかしながら、比較例２，３は磁束密度Ｂ８００がロータマグネットの磁束密度よりも小さく、かつ励磁電流の変化に対するヨークの磁束密度の変化が大きく、絞りの開閉の調節が充分行えない。
【００５０】
従って、本実施例の光量調整装置の駆動状態を円滑かつ確実に行うには、本発明の成形体の角型比Ｒs［(Ｂr/Ｂ８００)×１００］が６０％以上かつ９０％以下である必要がある。また、ロータマグネットの磁束密度の絶対値が残留磁束密度Ｂr以上かつ磁束密度Ｂ８００以下であることも必要である。
【００５１】
耐食性に関し、表面にめっき層が形成された実施例１〜３および比較例３では、すべての試料で発錆が見られなかったのに対し、比較例１，２では、全体の１４％の試料に発錆が起きており、耐食性が不充分であることを確認できた。
【００５２】
このように、光量調整装置１０のヨーク２５として本発明の成形体を適用することにより、位置決め突起３１を含む形状を一体的に加工でき、かつ同時に励磁電流制御により微妙な絞り開口量を設定すると共に優れた防錆力を得ることができる。
【００５３】
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明を光学機器の光量調整装置に応用した一実施形態の外観を分解状態で表す立体投影図である。
【図２】図１に示した光量調整装置の一部を構成するヨークの平面図であり、走査型電子顕微鏡による観察領域を二点鎖線で示してある。
【図３】図２に示したヨークの観察領域の走査型顕微鏡写真である。
【図４】図２と同一位置を炭素元素分析した状態を示す図であり、白点が炭素の存在確率の高い箇所である。なお、二点鎖線で示すヨークの外周よりも外側にある白点は、導電性粘着テープの炭素である。
【図５】ヨークをラッピング加工した後にエッチングした加工面の走査型電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 光量調整装置
１１，１２ 絞り板
１３ 絞り板駆動機構
１４ リンクアーム
１５ ケース
１６ 地板
１７ 電磁駆動装置
１８ ピン
１９ 長孔
２０，２１ 開口
２２ ＮＤフィルタ
２３ ロータマグネット
２４ 励磁コイル
２４ｄ 駆動コイル
２４ｂ 制動コイル
２５ ヨーク
２６ 支軸
２７ ブラケット
２８ キャップ部材
２９ 接着テープ
３０ プリント回路基板
３１ 位置決め突起
３２ 嵌合穴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石と励磁コイルへの通電により磁気回路を構成する電磁駆動装置に用いる成形体であって、前記成形体は相互に溶着した軟磁性材料を含む金属粒子間に樹脂の炭化物が介在し、この樹脂の炭化物がより多量に含まれた表層部を有し、この表層部の表面に防錆層が形成されており、
この成形体に８００Ａ/ｍの磁界を印加した場合に得られる磁束密度Ｂ８００に対する前記成形体の残留磁束密度Ｂrの割合を角形比Ｒsとして(Ｂr/Ｂ８００)×１００で表した場合、当該成形体の角形比Ｒsが６０％以上かつ９０％以下となるように前記防錆層が形成されていることを特徴とする成形体。
【請求項２】
前記成形体の磁束密度Ｂ８００の値は前記永久磁石の磁束密度以上であり、前記成形体の残留磁束密度Ｂrの値は前記永久磁石の磁束密度以下であることを特徴とする請求項１に記載の成形体。
【請求項３】
前記樹脂が熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする請求項１に記載の成形体。
【請求項４】
前記防錆層がニッケルとリンとを含むめっき層であり、その膜厚が０.１〜２０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の成形体。
【請求項５】
永久磁石と励磁コイルへの通電により磁気回路を構成する電磁駆動装置に用いる成形体の製造方法であって、前記成形体は相互に溶着した軟磁性材料を含む金属粒子間に樹脂の炭化物が介在し、この樹脂の炭化物がより多量に含まれた表層部を有し、この表層部の表面に防錆層が形成されており、
軟磁性材料を含む金属粒子を樹脂で被覆し成形原料を得るステップと、
成形型に前記成形原料を充填しこれを加圧成形することにより、前記樹脂の一部を前記成形型との界面に流動させた状態で加圧成形体を得るステップと、
前記加圧成形体を加熱して前記樹脂を焼成するとともに前記金属粒子を相互に溶着させ前記金属粒子間に前記樹脂の炭化物が介在するととともにこの樹脂の炭化物がより多量に含まれた表層部を有する成形体を得るステップと、
前記表層部の表面に防錆層を形成するステップと
を具え、前記防錆層を形成するステップは、この成形体に８００Ａ/ｍの磁界を印加した場合に得られる磁束密度Ｂ８００に対する前記成形体の残留磁束密度Ｂrの割合を角形比Ｒsとして(Ｂr/Ｂ８００)×１００で表した場合、当該成形体の角形比Ｒsが６０％以上かつ９０％以下となるように設定されていることを特徴とする成形体の製造方法。
【請求項６】
前記成形体の磁束密度Ｂ８００の値は前記永久磁石の磁束密度以上であり、前記成形体の残留磁束密度Ｂrの値は前記永久磁石の磁束密度以下であることを特徴とする請求項５に記載の成形体の製造方法。
【請求項７】
前記成形原料を得るステップは、潤滑剤を添加するステップと、前記樹脂をＡステージ状態に硬化させるステップとを含むことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の成形体の製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項４の何れかに記載の成形体か、あるいは請求項５から請求項７の何れかに記載の方法により製造された成形体によって構成された磁気回路を使用していることを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項９】
相互に組み合わされて絞り開口を画成する少なくとも２枚の羽根部材と、
これら羽根部材の少なくとも一つを駆動して前記絞り開口の大きさを変更するための羽根駆動機構と
を具え、前記羽根駆動機構が請求項８に記載の電磁駆動装置を含むことを特徴とする光量調整装置。
【請求項１】
永久磁石と励磁コイルへの通電により磁気回路を構成する電磁駆動装置に用いる成形体であって、前記成形体は相互に溶着した軟磁性材料を含む金属粒子間に樹脂の炭化物が介在し、この樹脂の炭化物がより多量に含まれた表層部を有し、この表層部の表面に防錆層が形成されており、
この成形体に８００Ａ/ｍの磁界を印加した場合に得られる磁束密度Ｂ８００に対する前記成形体の残留磁束密度Ｂrの割合を角形比Ｒsとして(Ｂr/Ｂ８００)×１００で表した場合、当該成形体の角形比Ｒsが６０％以上かつ９０％以下となるように前記防錆層が形成されていることを特徴とする成形体。
【請求項２】
前記成形体の磁束密度Ｂ８００の値は前記永久磁石の磁束密度以上であり、前記成形体の残留磁束密度Ｂrの値は前記永久磁石の磁束密度以下であることを特徴とする請求項１に記載の成形体。
【請求項３】
前記樹脂が熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする請求項１に記載の成形体。
【請求項４】
前記防錆層がニッケルとリンとを含むめっき層であり、その膜厚が０.１〜２０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の成形体。
【請求項５】
永久磁石と励磁コイルへの通電により磁気回路を構成する電磁駆動装置に用いる成形体の製造方法であって、前記成形体は相互に溶着した軟磁性材料を含む金属粒子間に樹脂の炭化物が介在し、この樹脂の炭化物がより多量に含まれた表層部を有し、この表層部の表面に防錆層が形成されており、
軟磁性材料を含む金属粒子を樹脂で被覆し成形原料を得るステップと、
成形型に前記成形原料を充填しこれを加圧成形することにより、前記樹脂の一部を前記成形型との界面に流動させた状態で加圧成形体を得るステップと、
前記加圧成形体を加熱して前記樹脂を焼成するとともに前記金属粒子を相互に溶着させ前記金属粒子間に前記樹脂の炭化物が介在するととともにこの樹脂の炭化物がより多量に含まれた表層部を有する成形体を得るステップと、
前記表層部の表面に防錆層を形成するステップと
を具え、前記防錆層を形成するステップは、この成形体に８００Ａ/ｍの磁界を印加した場合に得られる磁束密度Ｂ８００に対する前記成形体の残留磁束密度Ｂrの割合を角形比Ｒsとして(Ｂr/Ｂ８００)×１００で表した場合、当該成形体の角形比Ｒsが６０％以上かつ９０％以下となるように設定されていることを特徴とする成形体の製造方法。
【請求項６】
前記成形体の磁束密度Ｂ８００の値は前記永久磁石の磁束密度以上であり、前記成形体の残留磁束密度Ｂrの値は前記永久磁石の磁束密度以下であることを特徴とする請求項５に記載の成形体の製造方法。
【請求項７】
前記成形原料を得るステップは、潤滑剤を添加するステップと、前記樹脂をＡステージ状態に硬化させるステップとを含むことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の成形体の製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項４の何れかに記載の成形体か、あるいは請求項５から請求項７の何れかに記載の方法により製造された成形体によって構成された磁気回路を使用していることを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項９】
相互に組み合わされて絞り開口を画成する少なくとも２枚の羽根部材と、
これら羽根部材の少なくとも一つを駆動して前記絞り開口の大きさを変更するための羽根駆動機構と
を具え、前記羽根駆動機構が請求項８に記載の電磁駆動装置を含むことを特徴とする光量調整装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１６０９１（Ｐ２０１０−１６０９１Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７３３２３（Ｐ２００８−１７３３２３）
【出願日】平成２０年７月２日（２００８．７．２）
【出願人】（０００１０４６５２）キヤノン電子株式会社 (876)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２日（２００８．７．２）
【出願人】（０００１０４６５２）キヤノン電子株式会社 (876)
【Ｆターム（参考）】
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