CN1308976C - 柔性磁铁及使用其的马达的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种柔性磁铁和使用它们的小型、高性能马达的制造方法。柔性磁铁可以采用对由具有热固性树脂和热塑性树脂等的新型柔性热固性树脂组合物和磁粉组成的复合物压缩成形的工序，将得到的生料片热固化的工序和压延工序加以制造。

Description

柔性磁铁及使用其的马达的制造方法
技术领域
本发明涉及使用了稀土系磁粉的柔性磁铁和使用它的马达的制造方法。
背景技术
在个人电脑及其周边设备和与IT有关的仪器等尖端装置领域中大多利用小型马达。伴随着这些仪器的小型化和轻量化，对小型马达的小型化、高输出化和高效率化提出了进一步要求。在生产的小型马达数目中大约70％是直流马达。而且在一般的直流马达中使用铁淦氧橡胶磁铁。在高性能直流马达中，使用将由磁性各向同性的Nd-Fe-B系磁粉和环氧树脂等坚硬的热固性树脂组成的组合物压缩成形后制成的环状粘结磁铁。提高用粘结剂将磁粉结合的粘结磁铁的性能，将有助于这种小型马达的发展。
图13是表示粘结磁铁制造中已有技术组合情况的图。磁粉有硬铁淦氧系磁铁、铝铁镍钴系磁铁和稀土系磁铁。而粘结剂有柔性树脂(例如橡胶、热塑性弹性体)、坚硬的热塑性树脂和坚硬的热固性树脂。成形加工方法有压延成形法、挤压成形法、注射成形法和压缩成形法。而且用实线表示已有技术的组合情况。其中，作为在稀土系磁铁情况下的粘结剂，已知有与柔性的树脂、坚硬的热塑性树脂、坚硬的热固性树脂的组合。而且，作为成形加工方法，已知有与压延法、挤压成形法、注射成形法、压缩成形法的组合。也就是说，稀土系磁铁的组合，已知有粘结剂与成形法全部要素的组合。但是，当采用压缩成形法与稀土系磁铁组合的情况下，粘结剂例如仅限于与环氧树脂之类坚硬的热固性树脂的组合。然而，作为本发明对象的输出在数十瓦以下小型马达用的柔性磁铁，公开有以下实例。例如，在第2766746号公报和2528547号专利公报中公开了将由稀土系磁粉和柔性树脂组成的磁铁材料压延而成的磁铁。公开了利用这样得到的片状柔性磁铁的永久磁铁型马达。但是这些磁铁的最大能积(以下叫作MEP)却低达50kJ/m3。此外，在特开平5-299221号公报中，公开了将由稀土类-铁-氮系磁粉和柔性树脂组成的混合物压延而成的粘结磁铁的制造方法。这种粘结磁铁的MEP为42kJ/m3。而且特公平6-87634号公报公开了将磁各向同性的R-Fe-B(R表示Nd和Pr中至少一种元素)稀土系磁粉和坚硬的环氧树脂压缩成形的粘结磁铁。而且还公开了将环状粘结磁铁多级磁化结构的永久磁铁型马达。此时MEP为77kJ/m3。为了得到比以上已有实例的磁铁更加有效的小型马达用粘结磁铁，需要一种新颖的粘结剂体系和最佳的加工方法。而且该粘结剂体系所需的特性有，与磁粉的粘着力强，和容易提高密度。粘接力一旦降低，磁铁就会部分崩解，就会产生磁粉发散脱落等重大缺陷。而且一旦密度降低，磁特性就不能提高。本发明将提供一种能解决上述课题，以高效率制造可靠性强的小型马达用磁铁的制造方法。此外，本发明还要提供一种使用这种磁铁的永久磁铁型马达的制造方法。
发明的公开
提供一种柔性磁铁的制造方法，其中具有对由稀土系磁粉和柔性热固性树脂组合物组成的复合物进行压缩成形的工序，然后将得到的生料片热固化的工序，和压延工序。
附图的简要说明
图1是本发明的柔性磁铁的制造工序图。
图2是表示本发明的生料片密度与成形压力之间关系的曲线图。
图3是表示本发明的柔性磁铁的密度与磁粉添加量之间关系的曲线图。
图4A是表示本发明的生料片的固化温度与柔性磁铁的抗拉强度之间关系的曲线图。
图4B是表示本发明的生料片的固化时间与柔性磁铁的抗拉强度之间关系的曲线图。
图5是表示压延率、压延的本发明柔性磁铁在心轴上的卷绕性和压延引起尺寸变化之间关系的曲线图。
图6是表示压延率、本发明柔性磁铁的伸长与抗拉强度之间关系的曲线图。
图7是表示本发明柔性磁铁的磁粉添加量与压延前后伸长之间关系的曲线图。
图8是表示本发明柔性磁铁、已有的铁淦氧粘结磁铁、和已有稀土类粘结磁铁的去磁曲线的图。
图9是表示本发明柔性磁铁、已有的铁淦氧粘结磁铁、和已有稀土类粘结磁铁的B-H曲线的图。
图10是表示本发明的由其他稀土类磁粉构成的柔性磁铁的去磁曲线的图。
图11是表示本发明柔性磁铁的初期不可逆去磁率的温度依存性的特性图。
图12是表示搭载了本发明的柔性磁铁的直流马达的断面图。
图13是表示粘结磁铁制造中已有关键技术的示意图。
发明的最佳实施方式
本发明的粘结剂体系，优选由室温下是固体的环氧低聚物、室温下具有粘着性的聚酰胺粉末、和粉末状潜在性环氧固化剂组成。其中所述的本发明的聚酰胺粉末的粘着性，是添加了粘着剂、粘着赋予剂、增塑剂等而形成的。而且在压缩成形之前的复合物状态下，具有依靠其粘着力将稀土类磁粉和粘结剂固定的功能。本发明的聚酰胺粉末是指聚酰胺粉末和聚酰胺酰亚胺粉末中至少一种粉末。作为上述聚酰胺粉末的实例，可以使用尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙11和尼龙12等。其中因为尼龙11和尼龙12与粘结剂或粘着性赋予剂的相容性优良而优选。作为聚酰胺酰亚胺粉末的实例，可以利用偏苯三酸衍生物与芳香族二胺的缩合产物。作为偏苯三酸衍生物的实例，可以举出偏苯三酸酐、偏苯三酸酐一氯化物、1，4-二羧基-3-N，N-二甲基氨基甲酰基苯、1，4-二甲氧甲酰基-3-苯氧甲酰基苯，1，4-二羧基-3-碳苯氧基(carbophenoxy)苯、以及由偏苯三酸与氨、二甲胺、三乙胺等形成的铵盐等。其中优选使用偏苯三酸酐、偏苯三酸酐一氯化物等。作为芳香族二胺，例如可以举出2，2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、2，2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丁烷、1，1-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]环己烷、1，1-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]环戊烷、双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]砜、双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]醚和4，4’-羰基双(对苯氧基)二苯胺等。其中优选2，2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷。必要时也可以并用上述二胺的混合物。此外，可以并用已知的二胺，例如4，4’-二氨基二苯基醚、4，4’-二氨基二苯基甲烷、4，4’-二胺基二苯砜、间亚苯基二胺、哌嗪、六亚甲基二胺、1，7-庚二胺、四亚甲基二胺、对苯二甲基二胺、间苯二甲基二胺、3-甲基亚庚基二胺、1，3-双(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷等。可以使用以下物质作为本发明中使用的粘着剂、粘着赋予剂和树脂。粘着剂和粘着赋予剂，可以从天然松脂(松香、木松香、松浆油松香等)、改性松脂(聚合松脂、加氢松脂、马来酸化松脂等)、香豆酮-茚树脂、萜烯系树脂、石油树脂和酚醛系树脂等中选择使用。而且树脂还可以从乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物、乙烯丙烯酸乙酯共聚物、乙烯丙烯酸甲酯共聚物、分子量处于30,000以上的乙烯丙烯共聚物或乙烯丁烯共聚物、聚丁烯、石蜡等中选择使用。这些物质可以单独使用或者两种以上并用。此外，粘着赋予剂在将复合物压缩成形制造生料片时，能够促进因聚酰胺粉末的热软化而产生的塑性变形，改善结合面间的湿润性。因此是提高聚酰胺粉末或环氧低聚物的热压接性的物质。而且必要时还可以使用增塑剂。增塑剂能使含有粘着剂的聚酰胺粉末的粘度降低，提高柔性和湿润性。具体讲可以举出二苄基甲苯类、对羟基苯甲酸酯、苯砜酰胺类等与聚酰胺粉末的相溶性较好的化合物。此外，从相溶性和增塑效率的观点来看，更优选使用具有以下结构的由缩水甘油基化合物与羧酸的加成生成物类。
Figure C0380202700081
上式中，R1、R2表示从脂肪族、脂环族和芳香族中选出的至少一种烃基。但是R1和R2中至少有一个表示芳香族烃基。上述加成生成物的实例，可以具体分成以下三类。可以使用(A)脂肪族缩水甘油醚或脂环族缩水甘油醚与芳香族羧酸的加成产物，(B)芳香族缩水甘油醚与脂肪族羧酸或脂环族羧酸的加成产物，(C)芳香族缩水甘油醚与芳香族羧酸的加成产物等。属于上述各组的化合物可以如下制备。例如对于对应的缩水甘油醚而言，在催化剂存在下，一边在60～120℃温度下加热搅拌，一边在常压或减压下使预定的羧酸加成。作为催化剂可以使用叔胺、咪唑类、金属皂类化合物、磷类化合物等。混入了增塑剂的聚酰胺粉末也变得具有粘着性。而且为了使稀土系磁粉与结合剂的结合力牢固，最好用室温下为固体的环氧低聚物覆盖表面。而且将其平均覆膜厚度定为0.1微米以下。这对于防止磁各向异性的稀土类磁粉之间因二次凝聚使取向性降低的现象是很重要的。此外，在稀土类磁粉上包覆环氧低聚物的包覆方法是，首先将该环氧低聚物溶解在有机溶剂中，与稀土类磁粉进行湿法混合。然后将除去溶剂的该块状混合物粉碎。其中为了提高环氧低聚物的交联密度，最好使用分子链内具有环氧基的酚醛清漆型环氧树脂。而且作为与所述的环氧低聚物交联的的粉末环氧固化剂，可以使用从二氰基二酰胺及其衍生物、羧酸二酰肼、二氨基丁烯腈及其衍生物的酰肼中选出的至少一种物质。这些是一般难溶于有机溶剂中的高熔点化合物。粒子直径优选处于数微米～100微米以下范围内的。其中作为二氰基二酰胺衍生物，例如有邻甲苯基双胍、α-2，5-二甲基双胍、α-ω-二苯基双胍、5-羟基丁基-1-双胍、苯基双胍、α，ω-二甲基双胍等。此外，作为羧酸二酰肼可以使用琥珀酸酰肼、己二酸酰肼、邻苯二甲酸酰肼、4-羟基苯甲酸酰肼等。这些固化剂最好以干式混合方式添加在复合物中。其中为了防止复合物附着在成形用模具上最好实用润滑剂。作为润滑剂将使用从比成形模具的设定温度更高的高熔点的高级脂肪酸、高级脂肪酸酰胺、金属皂类中选出的至少一种物质。其添加量最好设定在0.2重量％以下，以干式混合方式添加在复合物中。所述的复合物中稀土类磁粉的含量优选处于92～97重量％范围内，压缩成形压力优选4吨/平方厘米以上。生料片的固化温度设定在该环氧低聚物开始反应的温度以上。最终压延时，将延伸率设定为2％以上，卷绕临界直径设定在8毫米以下，或者将延伸率设定在10％以上，卷绕临界直径设定在2毫米以下。这样设定的情况下，可以得到机械强度和磁特性的综合性均优良的柔性粘结磁铁。其中，为了降低最终使用的高效小型马达的齿槽转矩，可以将生料片制成不等宽度的或者不等厚度的。另一方面，在压延和挤压成形加工时，制作这种不等宽度的和不等厚度的生料片是困难的。以下就本发明中使用的磁粉进行说明。作为磁各向同性的稀土类磁粉，可以举出采用旋转杯雾化法制备的Nd-Fe-B系球状粉末、采用熔体纺丝法制备的Nd-Fe-B系片状粉末、αFe/Nd-Fe-B系片状粉末、Fe3B/Nd-Fe-B系片状粉末、Sm-Fe-N系片状粉末和αFe/Sm-Fe-N系片状粉末等。其中，这些片状粉末的粒径与厚度之比最好处于4以下。接着作为磁各向异性的稀土类磁粉，可以使用利用热镦锻加工法制备的Nd-Fe-B系块状粉末、利用HDDR(Hydrogenation-Disproportionation-Desorption-Recombination)法制备的磁各向异性的Nd-Fe-B系块状粉末等。也可以使用用事先将所述的粉末表面光解的Zn等惰性化处理的粉末等。另外，这些磁粉经4MA/m脉冲磁化后在20℃下的矫顽力最好处于1.1MA/m以上。此外，作为磁各向异性的稀土类磁粉，可以举出利用RD(还原扩散)法制备的磁各向异性的Sm-Fe-N系微粉和事先对上述粉末表面进行了惰性化处理的粉末。所述的粉末经4MA/m脉冲磁化后在20℃下的矫顽力最好处于0.6MA/m以上。所述的稀土类磁粉既可以是单一体系，也可以是两种以上的混合体系。但是混合的全部稀土类磁粉经4MA/m脉冲磁化后在20℃下的矫顽力的平均值最好处于0.6MA/m以上。其中在最终压延后，也可以在表面上设置熔融粘接(热熔粘接)型自熔粘着层，以及用混合了稳定化异氰酸酯的具有形成薄膜能力的一种或两种以上聚合物形成的自熔粘着层。这样一来，能够提高在永久磁铁型马达上的安装性。在定子或转子上使用本发明的柔性磁铁，能够制造以下多种永久磁铁型马达：在圆筒框架(支架)的内周面上以卷曲、固定和多级磁化的环状柔性磁铁作为永久磁铁的永久磁铁型直流马达；圆筒框架的内周面上备有环状柔性磁铁、半径方向空隙型转子的永久磁铁型马达、和搭载了在圆筒框架的外周面上备有环状柔性磁铁的表面磁铁型转子的永久磁铁型马达。特别是搭载了经4MA/m脉冲磁化后室温下的MEP处于1.40kJ/m3以上的柔性磁铁的永久磁铁型马达，有希望作为利用熔融纺丝法制备的Nd-Fe-B系片状粉末与坚硬热固性树脂压缩成形的组合方式制成的永久磁铁型马达的下一代替代产品使用。而且搭载了经4MA/m脉冲磁化后室温下MEP为40kJ/m3以上的柔性磁铁的永久磁铁型马达，有希望作为使用铁淦氧橡胶磁铁的永久磁铁型马达的下一代替代产品使用。
实施方式1
以下就本发明的一个实施方式作进一步详细说明。但是本发明并不受实施方式的任何限制。其中马达的附图是模式图，并不是在尺寸上准确表示各位置关系。以下用图4说明柔性粘结磁铁的制造工序。在本实施方式中使用3种稀土类磁铁粉末。也就是说，首先利用HDDR法制备了磁各向异性的Nd-Fe-B系块状粉末(组成：Nd：12.3，Dy：0.3，Fe：64.7，Co：12.3，B：6.0，Ga：0.6，Zr：0.1)。然后将此粉末叫作磁粉A。平均粒径为55微米。其次利用旋转杯喷雾法制备了Nd-Fe-B系球状粉末(组成：Nd：13.3，Fe：62.5，B：6.8，Ga：0.3，Zr：0.1)。以下将其称为磁粉B。平均粒径为80微米。第三步是利用熔体纺丝法制备了Nd-Fe-B系片状粉末(组成：Nd：12，Fe：77，Co：5，B：6)。以下将其称为磁粉C。平均粒径为80微米。以下说明粘结剂体系。由室温下是固体的酚醛清漆型环氧低聚物、粒径为15微米以下的粉末状潜在性环氧固化剂、含有粘结剂并事先冷冻粉碎至100微米以下的聚酰胺粉末、以及粒径处于10微米以下的润滑剂构成。其中粉末状潜在性环氧固化剂的化学结构如下。
(NH2NHCOCH2CH2)2N(CH2)11CONHNH2
将该环氧低聚物溶解在有机溶剂(丙酮)中，制成环氧树脂溶液。然后用∑叶片型捏合机将固形分为0.5重量％的计算量树脂溶液和磁粉进行湿法混合。并且在60～80℃下加热被湿润的混合物使溶剂蒸发。进而将干燥的块状混合物粉碎。若环氧树脂对磁粉A的表面覆膜厚度约为0.1微米以下，则磁粉A的粒径分布在包覆前后几乎没有变化。关于磁粉B和C也同样没有发现变化。而且固化后的强度，即使平均膜厚增加至0.2微米也几乎没有变化。接着向表面包覆了环氧低聚物的磁粉A中，分别添加3～7重量％的含有20％粘着剂的聚酰胺粉末、0.05重量％的固化剂、0.05重量％的润滑剂(粒径处于10微米以下的硬脂酸钙)，室温下在乳钵中干法混合。这样得到了粉末状复合物。这种复合物因润滑剂而具有可以供入粉末成形机中的粉末流动性。而且粉末状复合物在室温下具有长时间良好的保存稳定性。也可以使用任何一种粘着剂。
其中本发明中所述的室温是指15～40℃范围内的温度。然后将粉末状复合物填充在粉末压缩成形机的成形模具的内腔中。但是仅将成形模具的上下冲头和内腔周边加热至70～80℃。被填充在内腔中的粉末状复合物，一边施加1.4MA/m的轴向磁场，一边用上下冲头施压。去磁后取出同时复合成形的柔性生料片。这种生料片虽然柔软，但是在处理上没有问题。接着将生料片在180℃下加热固化20分钟，得到粘结磁铁。最后于60～80℃℃下利用旋转的压辊，制成压延率为2～20％的柔性片状粘结磁铁。以同样方式也能够对磁粉B、磁粉C制造柔性片状粘结磁铁。但是就磁各向同性的磁粉B、磁粉C而言，在压缩成形时不施加磁场。此外为了比较，还准备了两种磁铁：作为小型马达上广泛使用的具有代表性的磁铁的铁淦氧系磁粉/柔性树脂/压延或挤压成形组合方式制造的磁铁(以下称为已有的铁淦氧磁铁)，和磁粉C/环氧树脂之类的坚硬的热固性树脂/压缩成形组合方式制造的磁铁(以下称为已有的稀土类粘结磁铁)。关于以上制备的磁铁，评价了伸长和抗拉强度等力学性质、由去磁曲线求出的磁特性和不可逆去磁率等。此外，还利用柔性磁铁在心轴上的卷绕性评价方法，评价了向小型直流马达的安装特性，以及作为马达基本特性的转矩常数。图2是表示成形压力与生料片密度之间关系的曲线图。其中曲线A93表示磁粉A的添加量为93重量％的生料片。同样，曲线B93、B97分别表示磁粉B含量为93重量％和97重量％时的生料片。曲线C93表示磁粉C添加量为93重量％的生料片。其中曲线A97由于曲线A93与曲线B93重合而难于区别。而且生料片的尺寸为宽6.1毫米、长65毫米、厚度1.1毫米，成形模具温度为60～80℃。如图所示，大约在400MPa压力下密度几乎饱和。在已有的稀土类磁铁中为了得到相同的密度(大约5.8Mg/m3)，大约980MPa的压力是必须的。本发明的柔性磁铁可以在低压下获得同等程度的密度。其理由是由于聚酰胺粒子在60～80℃下因热而变软，在复合物的压缩成形阶段产生充分塑性变形造成的。由于成形压力低，所以稀土类磁粉在压缩成形时的破损减少。其结果，能够降低因活性磁铁表面露出而使磁特性劣化的现象。图3是表示磁粉A、B、C的添加量与本发明的柔性粘结磁铁的密度之间关系的曲线图。其中，曲线A、曲线B和曲线C分别表示用磁粉A、磁粉B和磁粉C制造的粘结磁铁。而且各磁铁的尺寸均为宽6.1毫米、长65毫米、厚度1.1毫米。60～80℃下的压缩成形压力为490MPa，固化条件为180℃固化20分钟。如图2和图3所示，形状接近于球状的磁粉A和磁粉B比片状磁粉C的密度高，更容易填充。但是，无论那种形状的稀土类磁粉都能用于本实施方式。此外还可以得到比迄今已知的任何橡胶磁铁密度更高的柔性粘结磁铁。图4A是表示用磁粉A、B、C制造的生料片的加热温度与抗拉强度(相对值)之间关系的曲线图。图4B是表示用磁粉A、B、C制造的生料片的加热时间与抗拉强度(相对值)之间关系的曲线图。其中，图中的曲线A、曲线B和曲线C分别表示用磁粉A、磁粉B和磁粉C制造的生料片。磁铁的尺寸为宽6.1毫米、长65毫米、厚度1.1毫米。60～80℃下的压缩成形压力为490MPa。图4A和图4B的情况下，未使用固化剂。本实施方式的最佳固化温度，如图4A所示，无论磁粉A、B和C均约为180℃。而且本发明的柔性磁铁的抗拉强度增加到生料片的2.5～4倍。抗拉强度的增加当被加热至120℃以上时可以被观察到。据认为这是因为粉末状复合物中所含的环氧低聚物与聚酰胺粉末的活性氢之间产生固化反应的缘故。其中若考虑图4B的加热时间，则可以认为本实施例中的最佳固化条件为180℃下10～30分钟。以下说明压延粘结磁铁的柔性控制。一般而言，在小型马达上安装柔性磁铁时，是将磁铁卷绕的方式安装的。因此控制磁铁的柔性是很重要的。控制其柔性的有效手段是利用压延。使用的上下轧辊直径为90毫米，温度为70℃。用能够卷绕磁铁的心轴的极限直径评价了柔性。极限直径越小柔性越好。而且还评价了因压延引起的柔性磁铁的尺寸变化。图5是表示压延率、柔性磁铁在心轴上的卷绕性与尺寸变化之间关系的曲线图。横轴表示压延率，左纵轴表示能够卷绕的极限直径和宽度，而且右纵轴表示磁铁长度。其中图中的曲线D表示卷绕性，曲线E表示磁铁长度，曲线F表示磁铁宽度。而且本实施例是用磁粉B(添加量：95重量％)制备的柔性磁铁。压延温度为70℃。延伸率由压延前后磁铁的厚度之比计算。磁铁的尺寸为宽6.1毫米、长65毫米、厚度1.1毫米。正如图中所表明的，这种磁铁在心轴上的卷绕性，一旦压延率处于2～10％范围内就能得到显著改善。而且当压延率处于2～10％范围内时，磁铁的尺寸变化也极小。例如，能够将厚度1.2毫米的磁铁卷绕在直径8毫米以下的心轴上。另一方面，压延率一旦超过10％，在磁铁压延方向上的尺寸(长度)就会增加。因此若1.1毫米厚的磁铁能用直径2毫米的心轴卷绕，则能够制造直径4毫米以下的环状磁铁。图6表示本发明涉及的柔性磁铁的力学性质与压延率之间关系的曲线图。其中曲线G表示伸长，曲线H表示抗拉强度。而且本例是用磁粉B(添加量为95重量％)制造的磁铁。压延温度为70℃，压延率是用压延前后磁铁的厚度比计算的。此外磁铁的尺寸为宽6.1毫米、长65毫米、厚度1.1毫米。正如图中所表明的那样，磁铁的压延方向上的伸长与压延率大致成比例增加。而且磁铁的抗拉强度与压延率反比地减小。从伸长与抗拉强度的观点来看，最好将压延率设定在5～10％。这样能够将环状形成的这些磁铁以马达用磁铁的形式实际使用。图7是表示本发明涉及的柔性磁铁的稀土类磁粉的添加量与压延前后的伸长之间关系的曲线图。其中曲线J表示在10％压延率下压延后的伸长，曲线I表示压延之前的伸长。而且本例是用磁粉A(添加量为93～95重量％)制备的柔性磁铁的情况。压延温度为70℃。压延率是用压延前后磁铁的厚度比计算的。磁铁的尺寸为宽6.1毫米、长65毫米、厚度1.1毫米。如图所示，稀土类磁粉的添加量一旦超过97重量％，磁铁的伸长就会减小。但是利用压延能够获得柔软性。其结果，例如将厚度1.1毫米的磁铁卷绕在直径10毫米的心轴上将成为可能。众所周知，97重量％稀土类磁粉的填充量，与已有的稀土类粘结磁铁的相等。本发明具有的特征是：相同的密度可以在更低的压缩成形压力下获得。此外，本发明涉及的柔性磁铁在室温下的伸长和抗拉强度，与一般小型马达上使用的已有铁淦氧磁铁具有几乎相同的水准。图8和图9，是分别表示用磁粉A和B制造的本发明的柔性粘结磁铁、已有的铁淦氧粘结磁铁、已有的稀土类粘结磁铁等四种磁铁的去磁曲线、和B-H曲线。磁铁的尺寸为宽7.5毫米、长7.5毫米、厚1.1毫米。曲线A和曲线B，表示分别用磁粉A和B制造的本发明的柔性磁铁，曲线C表示已有的稀土类粘结磁铁、曲线D表示已有的铁淦氧粘结磁铁四种磁铁。全部测定均是在4MA/m的脉冲磁场下磁化后进行的。其中对照用的磁铁，是小型直流马达和小型无电刷马达中通常使用的磁铁。如图所示，与已有的磁铁C、D相比，本发明涉及的柔性磁铁A、B，显然能够提高马达转子铁芯与定子磁铁之间的空隙磁通密度。具体讲，如图9所示，用本发明涉及的磁粉A制备的柔性磁铁(密度：5.84Mg/m3)的MEP为140kJ/m3。另一方面，已有稀土类粘结磁铁的MEP为80kJ/m3，所以MEP增加至1.75倍。而且用本发明涉及的磁粉B制备的柔性磁铁(密度：5.45Mg/m3)的MEP也可以得到140kJ/m3，与已有的铁淦氧磁铁相比高三倍以上。因此，一旦作为直径10毫米以下的环状磁铁使用，能使小型马达高效化。图10是表示用本发明涉及的磁粉C制备的柔性磁铁的去磁曲线。其中曲线C1和曲线C2分别表示密度为5.4Mg/m3的磁铁和密度为5.96Mg/m3的磁铁。由于使用相同的磁粉C，所以矫顽力约为690kA/m。但是由于密度不同，所以MEP分别为66kJ/m3和约80kJ/m3。此数值80kJ/m3，与已有的稀土类磁铁的MEP相同。本发明的粘结磁铁既是柔性磁铁，也可以如图2、3所示制成高密度，所以磁特性优良。而且制造方法也可使用已有的成形加工设备。此外，本发明的柔性磁铁可以弯曲或压薄，能够在小功率的马达上安装的范围广泛。而且由于能够克服被坚硬磁铁缠住破损等问题，所以可靠性也高。图11是表示本发明的柔性磁铁初期不可逆去磁率的温度依存性的曲线图。曲线A、曲线B和曲线C，表示分别用本发明的磁粉A、磁粉B和磁粉C制造的柔性粘结磁铁。其中几乎是尖端器件仪器的动作中，被搭载在马达上的磁铁温度处于100℃以下。因此如图所示，本发明涉及的柔性磁铁，若磁铁温度低于110℃的使用环境，则初期不可逆去磁率小。其中为了确保这种磁性的稳定性，最好当使稀土类磁粉在室温下以4MA/m的脉冲磁化后的矫顽力处于600kA/m以上。其中采用磁粉A制备的磁各向异性的柔性磁铁的情况下，矫顽力的温度系数为-0.5％/℃左右，比一般稀土类磁粉的-0.4％/℃大，这种分磁粉A具有这种磁性各向异性的情况下，室温下以4MA/m的脉冲磁化后的矫顽力最好处于1.1MA/m以上。其中，采用磁粉A这样的各向异性的稀土类磁粉制备本发明涉及的柔性磁铁，像各向异性的坚硬的环氧粘结磁铁那样，有可能存在长期的磁通损失的问题。
已有的坚硬的环氧粘结磁铁，是以980MPa左右高的压缩压力将磁粉A之类的磁各向异性的稀土类磁粉成形的磁铁。与之相比，本发明由于能够以其40％左右这样低的压缩压力制成柔性的粘结磁铁，所以磁粉A的破坏以及伴随其产生的新生面少。因而在100℃以下的运转温度区域内，采用磁粉A制备的柔性粘结磁铁的长期磁通损失可以得到进一步减低。综上所述，本发明的粘结磁铁，具有形成环状磁铁所需的优良卷绕特性和磁特性。图12是搭载了本发明柔性粘结磁铁的小型直流马达的断面图。由轴30、轴承32、框架34、转子42、定子(磁铁)50、槽40、齿41构成。将柔性磁铁50制成环状，盘卷在铁框架34内，磁化后制成永久磁铁磁场。然后插入转子42制成马达。其中这种马达的直径为24毫米，高度为12.5毫米。下表中表示安装了采用上述磁粉A、磁粉B制造的本发明柔性磁铁、已有的稀土类粘结磁铁、已有的铁淦氧粘结磁铁等的四种小型直流马达的转矩常数。转矩常数是输出的基础。以铁淦氧粘结磁铁磁场的直流马达作为标准，规格化后加以表示。以磁粉A制造的柔性磁铁形成磁场的马达，与采用已有稀土类粘结磁铁制成的马达相比，转矩常数达到1.49倍，而且其转矩常数是以已有铁淦氧粘结磁铁形成磁场的马达的3.12倍。此外，以磁粉B制造的磁铁形成磁场的马达，得到的转矩常数值是以已有铁淦氧粘结磁铁形成磁场的马达的1.78倍。
  磁粉A   磁粉B   已有稀土类磁铁   已有铁淦氧磁铁
  转矩常数比   3.12   1.78   2.09   1
其中，在直流马达的情况下，转子铁芯与定子磁铁之间的空隙磁通密度一旦增加，往往使齿槽转矩加大。这里所述的齿槽转矩是指，在与定子相对的转子的外周表面上由于存在转子铁芯齿41和槽40，所以磁导率将随着转子的旋转而发生变化。其结果产生转矩脉动。而且，往往成为马达的振动和噪音增加的要因，或者变成有损于位置控制精度的原因。但是本发明涉及的柔性磁铁，由于马达的齿槽转矩降低，所以能够容易使生料片形成不等宽度或不等厚度。其结果转子铁芯与定子之间的空隙更接近于正弦波形，可以提供一种抑制齿槽转矩增大用的手段。这一点在采用压延和挤压成形等已有的柔性片状磁铁的成形加工方法中并不能得到合理的对应。但是本发明由于采用通常将粉末状复合物压缩成形为厚度0.5～2.0毫米左右的生料片，所以可以按照马达的设计思想采用柔软的对应的形状。
实施方式2
本实施方式中，将含有软磁粉的生料片与含有稀土类磁粉的生料片一体成形。然后固化、进而压延制成软磁性材料复合柔性磁铁。这种软磁性材料复合柔性磁铁由于不用粘接层与软磁性层一体成形为磁铁，所以能够形成效率高的磁路。具体讲，代替实施方式1中的稀土类磁粉，制备了含有从饱和磁化1.3T以上的Fe、Fe-Ni、Fe-Co、Fe-Si、Fe-N、Fe-B中选出的至少一种软磁粉的复合物。进而制成生料片后，将其装填在成形模具内腔中。然后将实施方式1的粉末状复合物填充在内腔中压缩成形。这样可以得到具有不同功能的生料片复合体。将这种复合体固化、压延，可以得到带有背部支架(back yoke)的柔性磁铁。作为其他应用，首先仅将一部分粘合剂成分压缩，然后将实施方式1的粉末状复合物填充在内腔中压缩成形。这样可以得到具有热熔粘着性的柔性磁铁。此外，例如在双酚A型环氧树脂之类能形成薄膜的的聚合物中混合稳定化异氰酸酯，在柔性磁铁表面事先形成一种或两种以上自熔粘着层。采用这种方式也能用于磁铁端部与其他部件之间的结合。本发明的柔性粘结磁铁，可以解决以径向磁场取向制造的磁铁，其取向性随着小直径化而降低，即磁特性降低的问题。综上所述，本发明可以提供一种沿着半径方向MEP达到140kJ/m3的高性能环状磁铁而不受其直径的影响。而且从制造过程来看具有高的生产性。此外也能适用于任何稀土类磁粉。例如使用磁各向同性的稀土类磁粉，还可以经济地制成MEP达到40kJ/m3左右的磁铁，而且还能改善使用铁淦氧磁铁的效率低的小型马达的效率。本发明不需要已有的成形加工方法(压延、挤压成形)等所需的那种超过200℃的成形加工温度，生产性好。因此，本发明能够对尖端器件仪器的小型化、降低电力消耗和节省资源作出贡献。
产业上利用的可能性
本发明的柔性粘结磁铁的制造方法，并不限于使用的磁粉。而且采用这种磁铁的马达，可以提供一种效率超过采用已有铁淦氧和稀土类磁粉等粘结磁铁的马达的马达。
附图参照符号一览表
30…轴
32…轴承
34…框架
40…槽
41…齿
42…转子
50…定子(磁铁)

Claims (27)

1.一种柔性磁铁的制造方法，其中依次具有：对由稀土系磁粉和柔性热固性树脂组合物组成的复合物压缩成形的工序；将得到的生料片热固化的工序；和压延工序，其中所述的柔性热固性树脂组合物具有室温下呈固体的环氧低聚物，和室温下赋予粘着性的热压接性聚酰胺粉末。
2.按照权利要求1所述的柔性磁铁的制造方法，  其中所述的柔性热固性树脂组合物包含一种以上的粘着剂。
3.按照权利要求1所述的柔性磁铁的制造方法，其中还有粉末状潜在性环氧固化剂和润滑剂中至少一种物质。
4.按照权利要求1所述的柔性磁铁的制造方法，其中具有事先用所述的环氧低聚物将所述的稀土系磁粉表面包覆的工序。
5.按照权利要求1所述的柔性磁铁的制造方法，其中具有将所述的环氧低聚物溶解在溶剂中与所述的稀土系磁粉湿法混合的工序，进而除去溶剂后粉碎的工序。
6.按照权利要求1所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的环氧低聚物是酚醛清漆型环氧树脂。
7.按照权利要求1所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的柔性热固性树脂组合物具有缩水甘油基化合物与羧酸的加成生成物。
8.按照权利要求3所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的粉末状潜在性环氧固化剂是二酰肼系化合物。
9.按照权利要求3所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的润滑剂是从比成形模具熔点高的高级脂肪酸、高级脂肪酸酰胺和金属皂类中选出的至少一种物质。
10.按照权利要求1所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的稀土系磁粉的含量处于92重量％～97重量％范围内。
11.按照权利要求1所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的压延工序，使压延率处于2％以上，能够卷绕磁铁的心轴的极限直径处于8毫米以下。
12.按照权利要求1所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的压延工序，使压延率处于10％以上，能够卷绕磁铁的心轴的极限直径处于2毫米以下。
13.按照权利要求1所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的各个生料片之间至少是不等宽和不等厚中的任意一个。
14.按照权利要求1所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的稀土系磁粉是利用旋转杯雾化法制备的、具有磁各向同性的Nd-Fe-B系球状粉末。
15.按照权利要求1所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的稀土系磁粉是用熔体纺丝法制备的、磁各向同性的Nd-Fe-B系片状粉末。
16.按照权利要求1所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的稀土系磁粉是由熔体纺丝法制备的、磁各向同性的αFe/Nd-Fe-B系、Fe3B/Nd-Fe-B系、Sm-Fe-N系和αFe/Sm-Fe-N系中选出的至少一种片状粉末。
17.按照权利要求1所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的稀土系磁粉是磁各向异性的Nd-Fe-B系块状粉末，是利用热镦锻加工法和HDDR法中至少一种方法制造的磁粉。
18.按照权利要求17所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的稀土系磁粉经4MA/m脉冲磁化后20℃下的矫顽力处于1.1MA/m以上。
19.按照权利要求1所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的稀土系磁粉是用还原扩散法制备的、磁各向异性的Sm-Fe-N系微粉。
20.按照权利要求19所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的磁各向异性的Sm-Fe-N系微粉经4MA/m脉冲磁化后20℃下的矫顽力处于0.6MA/m以上。
21.按照权利要求1所述的柔性磁铁的制造方法，其中在所述的压延工序之后，具有在表面上设置自熔粘着层的工序。
22.按照权利要求21所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的自熔粘着层是熔融粘接型的。
23.按照权利要求21所述的柔性磁铁的制造方法，其中所述的自熔粘着层至少具有一种能形成混合了稳定化异氰酸酯的薄膜的聚合物。
24.一种不同材料复合而成的柔性磁铁的制造方法，其特征在于依次具有：将含有从饱和磁化处于1.3T以上的Fe、Fe-Ni、Fe-Co、Fe-Si、Fe-N和Fe-B中选出的至少一种软磁粉的生料片，和含有稀土系磁粉的生料片一体化成形的工序；热固化工序；和压延工序。
25.一种永久磁铁型马达，其中至少定子和转子之一具有权利要求1所述的柔性磁铁。
26.一种永久磁铁型马达的制造方法，其中具有利用权利要求23所述的自熔粘着层，将所述的柔性磁铁与相对材料粘合的工序。
27.一种永久磁铁型马达的制造方法，其中具有利用权利要求23所述的自熔粘着层，将卷成环状的所述的柔性磁铁两端粘合的工序。
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