JP2003318052A - フレキシブル磁石の製造方法とその永久磁石型モ−タ - Google Patents
フレキシブル磁石の製造方法とその永久磁石型モ−タInfo
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Abstract
磁石の発生し得る静磁界を改善し、より効率的な小型モ
−タを提供する必要がある。 【解決手段】 ボンド磁石製造における3大要素技術の
中のひとつと位置付けられる結合剤システムにおいて、
フレキシブルな熱硬化性樹脂システムを創製することに
より、磁石粉末や成形加工との連携要素を見直し、新形
態のフレキシブル磁石、並びにそれを利用した新規な小
型高性能永久磁石型モ−タを提供する。
Description
使用したフレキシブル磁石、並びにそれらを利用した効
率的な永久磁石型モ−タの製造方法に関する。例えば、
1992年から2000年までの小型モータ生産数の概
算は24億から47億を既に超えた。DCモ−タ、ブラ
シレスモータ、ステッピングモータ、および無鉄心モー
タの4種類の生産数の増加は特に顕著である。すなわ
ち、4種類のモータの生産数は1992年から2000
年まで26億も増加した。その上、将来も年率平均で9
%の成長を見積もることができる。しかしながら、小型
誘導モ−タと小型同期モ−タの生産数は徐々に減少傾向
にある。この傾向は、小型モ−タ産業における高性能磁
石による効率的な小型モータの開発と、PCおよびそれ
らの周辺機器やIT関連機器など先端デバイス分野にお
ける需要が高度であることを示唆する。小型モータの生
産数のおよそ70%はDCモ−タである。なお、一般の
DCモ−タではフェライトゴム磁石、高性能DCモ−タ
ではメルトスピニングによって準備されたNd−Fe−
B系の希土類系磁石粉末をエポキシ樹脂のような堅い熱
硬化性樹脂で圧縮成形した環状磁石が現在、主として利
用されている。
計では日本における電力総消費は2000年で、およそ
9500億kWhであった。それらの資料から推計する
と、モータによる消費電力は総内需の50%を超えると
推定される。モ−タの電力消費は大容量の動力用モ−タ
には限らない。例えば、2.5インチのHDDスピンド
ルモータの消費電力はアイドルの状態におけるPCの消
費電力の50%を超える。(J.G.W.West,P
ower Engineering J,April
77,1994)。すなわち、小さなモータに関して
は、それ自体の電力消費は高々数10W以下が多数であ
る。しかしながら、PCおよびそれらの周辺機器やIT
関連機器など先端デバイス分野における需要が高度であ
ることを勘案すれば、効率的である小型モータの広い利
用と普及が環境保全や省資源の見地から強く必要であ
る。本発明は、前記小さな効率的なモ−タを主体とした
各種先端デバイスに利用される小型モ−タと、その重要
部材である磁石の製造方法に関する。
−タは、当該機器の小型軽量化に伴うモ−タ体格の減少
とともに小型、高出力、或いは高効率化が求められてい
る。モ−タは1960年代から永久磁石型モ−タが普及
したのも、磁石の応用がモ−タの損失削減につながり、
ひいては効率的な小型モ−タの作製に効果的であったか
らである。このような小型モ−タの発展は磁石粉末を結
合剤で固めたボンド磁石の場合には磁石粉末、結合剤シ
ステム、成形加工方法が3大要素技術として、それぞれ
等しく重要である。
ド磁石に関して、広沢、富澤らの"Recent Pr
ogress in Research and De
velopment Related to Bond
ed Rare−ErathPermanent Ma
gnets" 日本応用磁気学会誌、 Vol.21、
No.4−1、pp.161−167(1997)が
端的に解説している。したがって、引用文献に基づく図
1を用いてボンド磁石作製における3大要素技術、すな
わち磁石粉末、結合剤システム、成形加工方法の連携を
説明する。図1はボンド磁石作製における3大要素技
術、すなわち磁石粉末、結合剤システム、成形加工方法
の連携を示す。(図1 Relation among
constituent technologies
relevant to the fabricat
ion of bonded magnet incl
uding new technique.)以下図面
を説明する。先ず、磁石粉末(MAGNETICPOW
DER)としてはフェライト系(Hardferri
tre)−a、アルニコ系(Alnico)−b、
希土類系(Rare−earth magnets)
−c、結合剤システム(BINDER)としてはフレ
キシブル系(Flexiblebinder)(ゴム
(Rubber)、熱可塑性エラストマー(Elast
omer)−a、堅い熱可塑性樹脂(Rigid b
inder Themoplastic resin)
−b、堅い熱硬化性樹脂(Rigid binder
Themoplastic resin)−c、加
工方法(PROCESSES)としてはカレンダーリ
ング(Calenderring)−a、押出成形
(Extruding)−b、射出成形(Injec
tion)−c、圧縮成形(Compositio
n)−dがある。そして、それらの連携は図中の実線
で示すように整理される。例えば、希土類系磁石粉末
−cは結合剤システムとしてフレキシブル系(ゴム、
熱可塑性エラストマー)−a、堅い熱可塑性樹脂−
b、堅い熱硬化性樹脂−c、また、成形加工方法と
してカレンダーリング−a、押出成形−b、射出成
形−c、圧縮成形−dというようにとの全ての
要素と連携している。しかし、圧縮成形−dと希土類
系磁石粉末−cとの連携では、結合剤システムの要
素が、例えばエポキシ樹脂のような堅い熱硬化性樹脂
−dとの関係に限られているのが現状である。なお、図
1の英語表現に対応する日本語表現を併記したが、以降
日本語表現を行う。
術、すなわち希土類系磁石粉末−c、結合剤システム
、成形加工方法との連携とモ−タの高性能化の関係
としては、例えば、F. Yamashita, Y.
Sasaki, H. Fukunaga, (Is
otropic Nd−Fe−B Thin Arc−
shaped Bonded Magnets for
Small DCMotors Prepared
by Powder CompactingPress
with Metal Ion−implanted
Punches)、 日本応用磁気学会誌、Vol.
25、No.4−2、pp.683−686(200
1)の記載のように、最大厚さ0.9mmの薄肉円弧状
磁石の作製において、希土類系磁石粉末−d/堅い熱
可塑性樹脂−b/押出成形−bとの連携から、希土
類系磁石粉末−d/堅い熱硬化性樹脂−c/圧縮成
形−cへの連携に変更することで、出力200mW級
の永久磁石界磁型小型DCモ−タの最大効率を8%改善
している。このことは、希土類系磁石粉末が全く同であ
っても、他の連携要素の組換えにより効率的な小型モ−
タが提供できることを示唆している。
力数10W以下の小型モ−タの磁石として従来検討され
てきたフレキシブル磁石を図1のボンド磁石製造におけ
る3大要素技術の連携の観点から整理すると、フェライ
ト系磁石粉末−aまたは希土類系磁石粉末−c/フ
レキシブル系(ゴム、熱可塑性エラストマ−)−a/
カレンダーリング−a、または押出成形−bという
連携で表すことができる。この連携のもとで、従来多く
の工夫が行われている。
シブル系(ゴム、熱可塑性エラストマ−)−aとで構
成したシ−ト状のフレキシブル磁石を帯状に切断し、環
状形状にカ−リングして枠の周壁内面に固着し、電機子
鉄心の突極面と対向させた構成の永久磁石型モ−タの先
行技術として、特許第2766746号公報では、N
d−Fe−B系、(Ce、La)−Fe−B系希土類磁
石粉末、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴ
ム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプ
ロピレンゴム、エチレン酢ビゴム、ニトリルゴム、アク
リルゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、クロロ
スルホン化ポリエチレン、塩化ポリエチレンの各〜
の群の1種または2種以を選択し、が92〜96w
t.%、密度4.9〜5.8Mg/m3としたシ−ト状
フレキシブル磁石。また、特許第2528574号公報
には、(a)R−Fe−B(RはNd/Pr)系希土類
系磁石粉末とゴム、熱可塑性エラストマ−などの樹脂を
混練する工程、(b)前記混練物を粉砕した後、シ−ト
状に圧延する工程、(c)シ−ト状に圧延した磁石を1
25〜180℃で60〜180mun熱処理する工程、
とからなるフレキシブルなシ−ト状磁石の製造方法が開
示されている。
5.8Mg/m3であることからの磁気性能の限界、
フレキシブルな熱可塑性エラストマ−やゴムと希土類系
磁石粉末とは接着力に乏しく、励磁された電機子鉄心の
磁気吸引力で希土類系磁石粉末が脱落飛散してモ−タ運
転中に回転雑音や回転障害を引き起こすなどの信頼性へ
の課題、エポキシ樹脂皮膜処理、ゴムの加硫と切断面
の再加熱など工程が瀕雑で、加硫による残存硫黄ガスに
よるブラシ−整流子など電気摺動接点の腐食や磨耗促進
など信頼性にも課題がある。
Sm−Fe−N希土類系磁石粉末と酸変性したスチレン
系エラストマーを混練/圧延し、更に切断した短冊をカ
−リングすることにより小型モータに使用するような密
度5.6Mg/m3、最大エネルギ−積(BH)max35
kJ/m3の環状磁石が開示されている。しかし、磁気
的に等方性のR−Fe−B(RはNd/Pr)希土類系
磁石粉末と堅いエポキシ樹脂とを圧縮成形した(BH)
max〜80kJ/m3の磁石に比べると磁気性能で及ば
ず、電機子鉄心との空隙に強力な静磁界が得られない。
また、Sm−Fe−N系磁石粉末は数μmのSm2Fe
17N3磁石相単相から成る微粉体のため化学的に活性
で、切断面で希土類−鉄−窒素系磁石粉体が大気中に暴
露され、酸化腐食による永久減磁に基づく不可逆磁束損
失や熱可塑性エラストマーと磁石粉末との密着力低下に
よる磁石の部分崩壊、ひいては磁石粉末が脱落飛散する
という重大な課題もあった。
ボンド磁石製造における3大要素技術の連携の観点から
整理すると、希土類系磁石粉末−c/フレキシブル系
(ゴム、熱可塑性エラストマ−)−a/カレンダ−リ
ング−a、または押出成形−bという連携のもと
で、従来多くの工夫が行われてきたにも拘らず、このよ
うな連携のもとで作製された磁石は課題が多く、永久磁
石型モ−タには殆ど利用されなかった。そして、この連
携のもとでは、フェライト系磁石粉末−a/フレキシ
ブル系(ゴム、熱可塑性エラストマ−)−a/カレン
ダ−リング−a、または押出成形−bという連携の
もとで製造されたフェライト磁石粉末を使用したフレキ
シブル磁石が最も普通の小型モ−タに適用されているの
が現状である。しかし、このような磁石は(BH)ma
xが高々〜12kJ/m3と低く、例えば、電機子鉄心
と界磁との空隙に強力な静磁界を発生することができな
い。したがって、近年の先端デバイス機器にとっては、
効率的でない小型モ−タといっても過言ではない。しか
らば、機械出力数10W以下における効率的な小型モ−
タにはどのような連携で作製した磁石が主流となってい
るのか、以下に説明する。
提案は、例えば特公平6―87634号公報を引用する
ことができる。すなわち、電機子鉄心と対向した空隙に
強力な静磁界をつくるため、磁気的に等方性のR−Fe
−B(RはNd/Pr)希土類系磁石粉末−cと堅い
エポキシ樹脂−cとを圧縮成形−dした外径25m
m以下、密度5Mg/m3以上の環状ボンド磁石を多極
着磁した構成の永久磁石型モ−タである。磁気的に異方
性の希土類系磁石粉末−cは小径化に伴っての配向度
が低下するために、結合剤システムとして堅い熱可塑性
樹脂−bで射出成形−cしたり、堅い熱硬化性樹脂
−cで圧縮成形−dする連携方法に拘らず、ラジア
ル異方性磁石は小径化に伴って配向度が低下するため、
半径方向の磁気特性が低下する。したがって、ラジアル
異方性磁石を使ったモ−タは小径化に伴った磁石の半径
方向の磁気特性低下に連動したモ−他の機械出力低下を
免れなかった。すなわち、小型化に伴って次第に効率的
でないモ−タとなってしまう欠点があった。しかしなが
ら、磁気的に等方性の希土類系磁石粉末であれば環状磁
石の径に依存することなく、例えば磁気的に等方性Nd
−Fe−B系希土類系磁石粉末を圧縮成形することで最
大エネルギ−積(BH)max80kJ/m3に達する。こ
の値は、フェライト系フレキシブル磁石の(BH)max
12kJ/m3のおよそ6.7倍である.その結果、こ
の種の磁石は小型モ−タの高出力化、低消費電流化に効
果を奏し、先端デバイス機器分野を主体に、所謂効率的
な小型モ−タとしての認知を獲得できた。例えば、フェ
ライト系磁石粉末−a/フレキシブル系(ゴム、熱可
塑性エラストマー)−a/カレンダーリング−a、
または押出成形−bという連携のもとで製造された厚
さ1.55mm、幅7.2mmのシ−ト状のフレキシブ
ル磁石を帯状に切断し、カーリングして内径22.5m
mの回転子枠の周壁内面に固着した小型モ−タの起動ト
ルク1.5mN−mに対し、磁気的に等方性の希土類系
磁石粉末−cと堅いエポキシ樹脂−cとを圧縮成形
−dした外径22.5mm、厚さ1.10mm、高さ
9.4mm、密度5.8Mg/m3の磁石を使った永久
磁石型モ−タの起動トルクは13倍の20mN−mに達
する。
フェライト系磁石粉末−a/フレキシブル系(ゴム、
熱可塑性エラストマ−)−a/カレンダ−リング−
a、または押出成形−bという連携のもとで製造され
た磁石、および磁気的に等方性の希土類系磁石粉末−
cと堅いエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂−cとと
もに圧縮成形−dした磁石の2つがある。そして、そ
れらを利用した小型モ−タ生産数の70%、年間約30
億台を占める小型DCモ−タを主対象として、より効率
的な次世代型モ−タと、それに伴う磁石の製造方法を提
供することが本発明の目的である。
ボンド磁石製造における3大要素技術の中のひとつであ
る結合剤システム(BINDER)において、フレキ
シブルな熱硬化性樹脂システム(Flexible b
inder Thermosetting resi
n)−dを登場させることにより、成形加工(PRO
SESSES)の連携の要素を見直し、図中の太実線
矢印で示すようなフレキシブルな熱硬化性樹脂結合剤シ
ステム−dによって希土類磁石系粉末(Rare e
arthmagnets)−cと圧縮成形(Comp
ression)−dを連携させ、新形態のフレキシ
ブル磁石、並びにそれを利用した新規な高性能永久小型
磁石型モ−タ(Newly small effici
ent motors)の提供を目的とする。なお、
図中の太実線の矢印が本発明に掛かる磁石製造要素の新
規な連携を示す。図2の英語表現に対応する日本語表現
を併記したが、以降日本語表現を行う。
末を高充填したコンパウンドをアキシャル方向磁界中で
高度に配向したグリーンシートとし、これを熱硬化、圧
延したのち、環状とすれば、従来の磁気的に等方性の希
土類系磁石粉末−cと堅いエポキシ樹脂のような熱硬
化性樹脂−cとともに圧縮成形−dした磁石の最大
エネルギ−積(BH)max80kJ/m3に比べて、例え
ば、半径方向で(BH)max140kJ/m3に遥かに高
性能な環状磁石が、その径に影響されることなく提供で
きる。また、製造プロセスからみて、高い生産性を有す
るので希土類系磁石粉末の種類を選ばす適用できる利点
がある。したがって、磁気的に等方性の希土類系磁石粉
末から(BH)max40kJ/m3程度の磁石を経済的整
合性の基に作製することもでき、フェライトゴム磁石を
使った効率的でない小型モータの効率改善にも効果を奏
する。したがって、新規な形態から準備した磁石を利用
した、より一層効率的な小型モータを提供することが
できる。
すようなフレキシブルな熱硬化性樹脂結合剤システム
−dの創製によって希土類系磁石粉末−cと圧縮成形
−dを連携させ、高度な性能と信頼性を兼備えた新形
態のフレキシブル磁石、およびそれを用いた新規な高性
能小型モ−タの製造方法の提供にある。本発明は希土
類系磁石粉末−cとフレキシブル熱硬化性結合剤−
dとを主成分としたコンパウンドを結合剤の融点以下に
加熱した成形型中で圧縮成形−dしてグリーンシート
とし、更に、該グリーンシートの結合剤成分を熱硬化
し、然るのち圧延する熱硬化型フレキシブル磁石の製造
方法が骨子となる。すなわち、従来のように、ゴムや熱
可塑性エラストマ−による結合剤システム−a、更に
はカレンダ−リング−aや押出成形−bなどの成型
加工方法をも異にする新規なフレキシブル磁石の創製
に関する。更に、それをカール、固定、磁化して利用し
て先端デバイス機器のための効率的な小型モ−タとす
るものである。
更に詳しくは、結合剤システムとして、少なくとも熱圧
着機能と熱硬化性官能基を有する粉末状樹脂成分を必須
とすること。圧縮成形用コンパウンドは結合剤成分の粘
着力によって希土類系磁石粉末を統合し、圧縮成形まえ
の結合剤と希土類系磁石粉末の機械的な分離を防ぐ役割
を付与すること。そのための具体的手段として、結合剤
は少なくとも室温で固体のエポキシオリゴマーと室温で
粘着性を付与した熱圧着性ポリアミドまたは/およびポ
リアミドイミド粉末、および必要に応じて適宜加える粉
末状の潜在性エポキシ硬化剤から構成することが好まし
い。
/およびポリアミドイミド粉末の粘着性と熱圧着性と
は、粘着付与剤などを添加して、先ず、圧縮成形するま
えの、コンパウンド状態で希土類系磁石粉末と結合剤と
を、その粘着力によって固定する。次に、コンパウンド
を圧縮してグリ−ンシ−トを成形する際、ポリアミドま
たは/およびポリアミドイミドの熱軟化による塑性変形
の促進、接合面間の濡れ性を改善することによってポリ
アミドまたは/およびポリアミドイミド、或いはエポキ
シオリゴマ‐の熱圧着性を高めるものである。また、可
塑剤のような他の成分は、適宜本結合剤システムの配合
に使用される。可塑剤は、粘着剤を含むポリアミドまた
は/およびポリアミドイミドの全粘度を減少させ、可撓
性および湿りを促進する。使用される可塑剤は具体的に
はジベンジルトルエン類、p−ヒドロキシ安息香酸エス
テル、ベンゼンスルホンアミド類など比較的ポリアミド
または/およびポリアミドイミ/との相溶性の良好な化
合物を挙げることができる。また、それらの可塑剤は相
溶性が良好であるが、相溶性と可塑化効率、すなわち、
均質な熱圧着性の観点からは、とくに下記構造のグリシ
ジル化合物のカルボン酸付加物類を用いることが望まし
い。
肪族、脂環族若しくは芳香族の炭化水素基を表す。但
し、R1、R2の少なくとも何れかは芳香族炭化水素基を
表す。本化合物は、少なくとも1個の芳香族基を有する
ことをその特徴とし、具体的には、以下の3群に分類さ
れる。(A)脂肪族グリシジルエーテル又は脂環族グリ
シジルエーテルの芳香族カルボン酸付加物、(B)芳香
族グリシジルエーテルの脂肪族カルボン酸又は脂環族カ
ルボン酸付加物、(C)芳香族グリシジルエーテルの芳
香族カルボン酸付加物。前記各群に属する化合物は、例
えば、夫々のグリシジルエーテルに対して所定のカルボ
ン酸を第三級アミン、イミダゾール類、金属エステル系
化合物、燐系化合物等から選ばれる反応触媒の存在下、
60〜120℃の加熱攪拌しながら、常圧から減圧下で
付加することにより調製することができる。
力を強固にするため、予め室温で固体のエポキシオリゴ
マーで表面被覆することが望ましい。また、その平均膜
厚は0.1μm以下とする。これは、異方性の希土類系
磁石粉末同士の2次凝集による配向度の低下を防ぐため
に重要である。更に、希土類系磁石粉末へのエポキシオ
リゴマーの被覆方法としては、先ず、当該エポキシオリ
ゴマーを有機溶媒に溶解し、その後、希土類系磁石粉末
と湿式混合し、溶媒を除去した当該塊状混合物を解砕す
る。なお、エポキシオリゴマーの架橋密度を高めるため
には分子鎖内にもエポキシ基を有するノボラック型エポ
キシが望ましい。また、前記エポキシオリゴマ‐と架橋
する粉末エポキシ硬化剤とはジシアンジアミドおよびそ
の誘導体、カルボン酸ジヒドラジド、ジアミノマレオニ
トリルおよびその誘導体のヒドラジドの群より選ばれた
1種または2種以上などを挙げることができる。これ等
は一般に有機溶媒に難溶の高融点化合物であるが、粒子
径を数ないし数十μmに調整したものが好ましい。な
お、ジシアンジアミド誘導体としては、例えばo−トリ
ルビグアニド、α−2・5−ジメチルビクアニド、α−
ω−ジフェニルビグアニド、 5−ヒドロキシブチル−
1−ビグアニド、フェニルビグアニド、α−、ω−ジメ
チルビクアニドなどがある。更に、カルボン酸ジヒドラ
ジドとしてはコハク酸ヒドラジド、アジピン酸ヒドラジ
ド、イソフタル酸ヒドラジド、 p−アキシ安息香酸ヒ
ドラジドなどがある。これらの硬化剤はコンパウンドに
乾式混合によって添加することが望ましい。なお、コン
パウンドの成形型への移着を防ぐには、成形型の設定温
度よりも高融点の高級脂肪酸、高級脂肪酸アミド、高級
脂肪酸金属石鹸類から選ばれる1種または2種以上を
0.2wt.%以下コンパウンドに乾式混合によって添
加することが望ましい。
含有量は92wt.%から97wt.%、圧縮成形圧力
は4ton/cm2以上、グリーンシートの結合剤成分
の熱処理が当該エポキシオリゴマーの反応開始温度以上
とし、最終的な圧延では圧延率2%以上、巻き付け限界
径8mm以下とするか、もしくは圧延率10%以上、巻
き付け限界径2mm以下とすると機械強度との整合性の
よいフレキシブルボンド磁石が得られる。なお、最終的
に用いる効率的な小型モ−タのコギングトルク低減のた
めに、グリーンシートを不等幅としたり、不等肉厚とす
ることは当該モータの設計思想に委ねるところである。
しかし、本発明は通常厚さが0.5〜2.0mm程度の
グリーンシートを圧縮成形するものであるから、カレン
ダ−リングや押出成形の成型加工時では対応できないと
ころも、柔軟に対応できる利点がある。
したグリ−ンシ−トと希土類系磁石粉末を含有したグリ
−ンシ−トを一体的に成形し、熱処理、圧延するソフト
磁性複合フレキシブル磁石を作製することもできる。こ
のような、ソフト磁性複合フレキシブル磁石は接着層な
しでソフト磁性層が磁石と一体化するので効率のよい磁
気回路を形成するのに有利である。
としてはスピニングカップアトマイゼ−ションによって
準備されたNd−Fe−B系球状粉末(B. H. R
abin, B. M. Ma,"Recent De
velopments inNdFeB Powde
r" 120th Topical Symposiu
m of the Magnetic Society
of Japan23, 2001)。
t, J. F. Herbst,R. W. Lee
and F. E. Pinkerton, J.
Appl. Phys., 55、 2078、 19
84)によって準備されたNd−Fe−B系フレ−ク状
粉末(R. W. Lee and J. J.Cro
at、US−Patent4、902、361.199
0)、αFe/Nd−Fe−B系フレ−ク状粉末、Fe
3B/Nd−Fe−B系フレ−ク状粉末、Sm−Fe−
N系フレ−ク状粉末、αFe/Sm−Fe−N系フレ−
ク状粉末、などを挙げることができる。なお、それらの
フレ−ク状粉末の厚さに対する粒子径の比は4以下とす
ることが望ましい。
イゼ−ション(図3左)とメルトスピニング(図3右)
の製造概念図を示す。図3においては、meltとは溶
けた磁性材料、cupはカップ状の容器で回転させなが
ら使用する。wheelとは回転体である。
としては熱間据込加工(Die−Up−Settin
g)によって準備されたNd−Fe−B系塊状粉末(例
えば、M.Doser、 V.Panchanatha
n;"Pulverizinganisotropic
rapidly solidified Nd−Fe
−B materials for bonded m
agnet";J.Appl.Phys.70(1
0)、15、1993).HDDR処理(水素分解/再
結合)によって準備された磁気的に異方性のNd−Fe
−B系塊状粉末、すなわち、Nd−Fe(Co)−B系
合金のNd2(Fe、Co)14B相の水素化(Hydr
ogenation、Nd2[Fe、Co]14BH
x)、650〜1000℃での相分解(Decompo
sition、NdH2+Fe+Fe2B)、脱水素(D
esorpsion)、再結合(Recombinat
ion)するHDDR処理(T. Takeshita
and R.Nakayama:Proc.of t
he 10th RE Magnets and The
irApplications、 Kyoto、 Vo
l.1、 551 1989)で作製した磁気的に異方
性の希土類系磁石粉末である。前記粉末の表面を予め光
分解したZnなど不活性化処理した粉末など(例えば、
K. Machida, K. Noguchi,
M. Nushimura, Y. Hamaguch
i, G. Adachi, Proc. 9th I
nt.Workshop on Rare−Earth
Magnets andTtheirApplica
tions, Sendai, Japan、II, 8
452000、或いは、K. Machida, Y.
Hamaguchi, K. Noguchi,
G. Adachi, Digests of the
25th Annual conference on
Magnetcs in Japan, 28aC−6
2001)を挙げることができる。なお、それらの磁
石粉末の4MA/mパルス着磁後の20℃における保磁
力は1.1MA/m以上のものが望ましい。
としてはRD(酸化還元)処理によって準備された磁気
的に異方性のSm−Fe−N系微粉末、前記粉末の表面
を予め不活性化処理した粉末を挙げることもでき、前記
粉末の4MA/mパルス着磁後の20℃における保磁力
は0.6MA/m以上のものが望ましい。
2種以上の混合系であっても差し支えない。ただし、混
合した全希土類系磁石粉末の4MA/mパルス着磁後の
20℃における保磁力の平均値が0.6MA/m以上で
あることが望ましい。
(ホットメルト接着)型自己融着層を設けることや安定
化イソシアナ−トを混合したフィルム形成能を有するポ
リマ−の1種または2種以上から形成した自己融着層を
設けることにより、永久磁石型モ−タへの実装性を高め
ることも有効である。
内周面にカーリング、固定、および多極着磁した環状の
磁石を永久磁石界磁とする永久磁石型DCモータ。円筒
枠の内周面に環状の磁石を備え、半径方向空隙型回転子
とする永久磁石型モータ。円柱枠の外周面に環状の磁石
を備えた表面磁石型回転子を搭載する永久磁石型モー
タ。それらを自己融着層で相手材と接合する永久磁石型
モータなど、モ−タ設計思想によって多様な永久磁石型
モ−タを製造することができる。とくに、4MA/mパ
ルス着磁後の室温における最大エネルギー積(BH)
maxが140kJ/m3以上のフレキシブル磁石を搭載し
た永久磁石型モ−タはメルトスピニングによって準備さ
れたNd−Fe−B系フレ−ク状粉末−堅い熱硬化性樹
脂−圧縮成形から作成した永久磁石型モ−タの次世代型
として有望であり、4MA/mパルス着磁後の室温にお
ける最大エネルギ−積(BH)maxが40kJ/m3以上
のフレキシブル磁石を搭載した永久磁石型モ−タはフェ
ライトゴム磁石を使った永久磁石型モ−タの次世代型と
して有望である。
する。ただし、本発明は実施例によって限定されるもの
ではない。
を使用した。すなわち、HDDR処理(水素分解/再結
合)によって準備された磁気的に異方性のNd−Fe系
塊状粉末(Nd12.3Dy0.3Fe64.7Co12.3B6.0Ga
0.6Zr0.1)powder−A、スピニングカップアト
マイゼ−ションによって準備されたNd−Fe系球状粉
末(Nd13.3Fe62.5B6.8Ga0.3Zr0.1)powd
er−B、およびメルトスピニングによって準備された
Nd−Fe−B系フレ−ク状粉末(Nd12Fe77Co5
B6)powder−Cである。また、結合剤システム
の構成成分としては室温で固体のノボラック型エポキシ
オリゴマー、粒子径15μm以下の粉末状潜在性エポキ
シ硬化剤、粘着剤を含み予め100μm以下に冷凍粉砕
したポリアミド粉末、並びに粒子径10μm以下の滑剤
が、この実施例で使用された.なお、ノボラック型エポ
キシオリゴマー(化2)、粉末状潜在性エポキシ硬化剤
(化3)の化学構造は以下の通りであった。
der−Aの配向度向上のため2次凝集するような顆粒
状にならないように調整した.なお、調整はオリゴマ−
の密度、磁石粉末の平均的な比表面積から平均膜を求め
ると0.1μm以下に調整されるべきであった.また、
硬化後の強度は平均膜厚を0.2μmまで増加しても、
殆ど変化することはなかった。
および−Cのような希土類系磁石粉末のフレキシブル磁
石を合理的に作製するためになされた。powder−
Aのようなアキシャル磁界配向した異方性を含む本発明
に掛かるフレキシブル磁石を環状に巻きつけた磁石は、
磁化の前後に磁石を巻きつけることによって得られた。
その結果、ラジアル磁界配向の小径に伴う配向度の低
下、すなわち磁気特性低下という困難を克服する。
powder−B(磁性材料B)、powder−C
(磁性材料C)、固体のエポキシオリゴマー、そして、
粉末状潜在性エポキシ硬化剤(Curing agen
t)、および粘着剤を含むポリアミド粉体(Powde
ry Poly amide)からフレキシブルなボン
ド磁石を準備するための工程を示すブロック図である。
さらに、主な工程における磁石材料の中間体を示す写真
は図に追加された。先ず、磁石作製の最初にpowde
r−Aへの室温で固体のエポキシオリゴマーをコーティ
ングした。実際には当該エポキシオリゴマーを有機溶媒
(アセトン)に溶解し(Epoxy resin so
lution)その後、powder−AとΣ−ブレイ
ド型ミキサ−を用いて湿式混合(Wet mixin
g)し、湿った混合物を60−80℃に加熱して溶媒を
除去し(Evaporating)、さらに乾いた塊状
混合物を解砕した(Drylending).powd
er−A、−B、および−Cの表面被覆膜厚がおよそ
0.1μm以下のとき、powder−A、−B、およ
び−Cの被覆前後の粉末粒子径分布は殆ど変化しなかっ
た。
したpowder−Aに対して3〜7wt.%の粘着剤
20%含有ポリアミド粒子(Powdery Poly
amide)、粉末状潜在性エポキシ硬化剤(Epo
xy resin solution)、および潤滑剤
(Lubricant)(粒子径10μm以下のステア
リン酸カルシウム)は、室温下、乳鉢で混合されて、粉
末状のコンパウンドにされた。粉末状のコンパウンドは
潤滑剤によって粉末成形機に供することが可能な粉末流
動性を持っていた。
に粉末状のコンパウンドを移し、成形型キャビティへの
粉末状のコンパウンドを充填した。ただし、成形型の上
下パンチとキャビティ周辺のみ70〜80℃に加熱され
ている。キャビティに充填した粉末状のコンパウンドは
1.4MA/mのアキシャル磁界の中で上下パンチによ
って圧縮(Compacting press)され、
脱磁され、ニアネットシェイプされた圧粉体(フレキシ
ブルなグリーンシート)を得た。このグリーンシートは
柔軟ではあるが、十分なハンドリング性を備えていた。
シートは180℃で20分間の加熱によって熱硬化(C
uring)したボンド磁石とした。最終的にはシート
状ボンド磁石は60−80℃で回転している圧延ロール
によって圧延率2〜20%圧延(Rolling)され
本発明に掛かるフレキシブル磁石が準備された。
磁石は、またpowder−B、−Cからも準備され
た。ただし、磁気的に等方性の希土類系磁石粉末pow
der−B、−Cから準備された粉末状コンパウンドは
圧縮成形の際に磁界を印加していない。
に広く使用されている代表的な磁石であるフェライト系
磁石粉末−a/フレキシブル系(ゴム、熱可塑性エラ
ストマー)−a/カレンダーリング−a、または押
出成形−bという連携のもとで製造された磁石、およ
び磁気的に等方性の希土類系磁石粉末−c(powd
er−C)と堅いエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂
−cとともに圧縮成形−dした磁石の2つを比較のた
めに用意した。
張などの力学的性質と減磁曲線から求められる磁気特性
や不可逆磁束損失について調べられた。その上、準備さ
れた本発明に掛かるフレキシブル磁石のマンドレルへの
巻きつけ性の評価から小型DCモータへの実装性を評価
し、併せてモータ特性の基本がトルク定数で評価され
た。
に掛かるフレキシブル磁石のもとになる粉末状のコンパ
ウンドを示す外観図である。なお、powder−A、
−B、および−Cの平均粒子径は、それぞれ55.8
0、および80μmであった。図で観察されるようにp
owder−A、−B、および−Cはそれぞれの希土類
系磁石粉末表面に予めコーティングしたエポキシオリゴ
マーを介してポリアミド粒子に含まれていた粘着剤によ
って付着して一体的になった構成をとっている。このよ
うな本発明に掛かる粉末状のコンパウンドは室温で長期
間にわたる良い保存安定性を持っている。
形圧力(Perssure)に関する関数としてのグリ
ーンシートの密度(Density)を示す特性図であ
る。ただし、図の中の記号はpowder−A(■:9
3wt.%、□:97wt.%)、powder−B
(●:93wt.%、○:97wt.%)、powde
r−C(◆:93wt.%)、また、グリーンシートの
寸法は6.1mm幅、65mm長、肉厚で1.1mm、
成形型温度は70〜80℃である。図から明らかなよう
に十分で、高い密度は図で示されるようにおよそ400
MPaの圧力レベルによって得られる。磁気的に等方性
の希土類系磁石粉末−c(powder−C)と堅い
エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂−cとともに圧縮
成形−dする従来の磁石では充分な高い密度を得るた
めに、およそ980MPaの圧力が必要であることを考
慮すると、本発明の磁石はより高い密度が比較的低い圧
力によって得られる。その理由はポリアミド粒子が60
〜80℃で熱によって柔らかくされて、コンパウンドの
圧縮成形段階で充分な塑性変形が引き起こされていると
いうことである。
圧縮成形時に破損することによる新生面の出現で、当該
磁石粉末の磁気特性が劣化する程度を減少させる効果を
期待することができる。その上、磁石の密度はポリアミ
ド粒子濃度が3wt.%であったとき図でしめされるよ
うに5.8Mg/m3を超える.この密度の値は、磁気
的に等方性の希土類系磁石粉末−c(powder−
C)と堅いエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂−cと
ともに圧縮成形−dした磁石と同等である。
量比率の関数(Weighunctionof mag
netic powder)として本発明に掛かるフレ
キシブル磁石の密度(Density)を示す特性図で
ある。ただし、図中の記号、■はpowder−A、●
はpowder−B、◆はpowder−Cから準備さ
れた磁石を示す。また、各磁石の寸法は6.1mm幅、
65mm長、および1.1mm厚で、60〜80℃にお
ける圧縮成形圧力は490MPa、180℃で20分間
の硬化条件である。図3、4に示したように球状に近い
フォームのpowder−A、−Bはフレーク状の−C
のものより、粉末状コンパウンドの状態を含めて、この
フレキシブル磁石の作製過程に適しているかも知れな
い。しかし、どんな形態の希土類系磁石粉末でも、この
作製過程に適用することが可能であり、そのうえ、これ
まで知られているどんなゴム磁石よりも高い密度のフレ
キシブルなボンド磁石が得られる可能性を示唆する。
よび−Cから造られたグリーンシートの加熱温度(Cu
ring temperature)の関数として、図
8(b)はpowder−A、−B、および−Cから造
られたグリーンシートの加熱時間(Curing ti
me)の関数としてフレキシブルなボンド磁石の張力
(Tensite strength)の変化を示す特
性図である。ただし、図中の記号、■はpowder−
A、●はpowder−B、および◆はpowder−
Cから造られた磁石で、磁石の寸法は6.1mm幅、6
5mm長、および1.1mm厚で、60〜80℃におけ
る圧縮成形圧力は490MPaである。また、ここでは
粉末状潜在性エポキシ硬化剤を使用しない場合の実験結
果を示している。この実施例での最適な硬化温度は図8
(a)に示されるように、powder−A、−B、お
よび−Cに拘らず、およそ180℃であった。そして、
本発明に掛かるフレキシブル磁石の張力はグリーンシー
トの2.5〜4倍に増加した。張力増加は120℃以上
の加熱で観測され、粉末状のコンパウンドに含まれるエ
ポキシオリゴマ−のエポキシ基とポリアミド粉体のアミ
ノ基(−NH−CO−)の間の硬化反応であることが了
解される。さらに、磁石の張力は粉末状潜在性エポキシ
硬化剤が使用されると2〜4倍までさらに増える。な
お、図8(b)の加熱時間を考慮すると、この実施例に
おける最適な硬化条件は、180℃で10〜30分間と
示唆される。
制御 本発明に掛かる磁石は、一般に小型モータに実装する
際、準備された磁石を巻きつけながら取り付けるので、
本発明に掛かるフレキシビリティの制御は重要案件であ
る。準備された磁石のフレキシビリティを制御する有効
な手段は図9の外観図で示されるような圧延の利用であ
った。ただし、図中の付番1、2、および3は圧延ロ−
ル、圧延されている磁石、圧延後の巻きつけた磁石であ
る。また、上下の圧延ロールの直径は90mm、温度は
70℃である.フレキシビリティの制御に関する実施例
では、準備された磁石を巻くことができたマンドレルの
限界直径の計測からのフレキシビリティが評価された。
また、圧延によるフレキシブル磁石の寸法変化が同時に
評価された。
ブル磁石のマンドレルへの巻きつけ性と圧延による寸法
変化を圧延率(Rolling rate)の関数とし
て示す特性図である。横軸に圧延率(Rolling
rate)、左縦軸に巻きつけ可能限界径(Limit
of outer diameter for wi
nding)、および幅(Width)、右縦軸に磁石
長さ(Length)を示す。ただし、図中の記号●:
は巻きつけ性(Windability)、□と○は、
それぞれ磁石の長さ(Length)と幅(Widt
h)を示す。また、この実験ではpowder−B(9
5wt.%)から準備された磁石を使用した。圧延温度
は70℃、圧延率は圧延前後の磁石の肉厚比率から計算
された。さらに、磁石の寸法は、6.1mm幅、65m
m長、1.1mm厚である。この磁石のマンドレルへの
巻きつけ性は、図で示されるように圧延率2−10%で
圧延することで、急速に改良された。その上、また、圧
延率2〜10%の範囲で磁石の寸法変化は極めて少なか
った。例えば、厚さ1.2mmの磁石を直径の8mm以
下のマンドレルにさえ曲げることができた。他方では、
圧延率が10%を超えると磁石の圧延方向の寸法は大い
に増加した。結果として、1.1mm厚の磁石を直径2
mmのマンドレルで曲げると直径4mm以下の環状磁石
を準備することができる。
掛かるフレキシブル磁石の力学的性質における変化を示
す特性図である。ただし、図中の記号●は伸長(Elo
ngation)、?は張力(Tensile str
ength)を示す。また、この実験ではpowder
−B(95wt.%)から準備した磁石を使用した。圧
延温度は70℃、圧延率(Rolling rate)
は圧延前後の磁石の肉厚比率から算出された。さらに、
磁石の寸法は、6.1mm幅、65mm長、1.1mm
厚である。図のように、磁石の圧延方向の伸張は圧延率
にほぼ比例して増加する。そして、磁石の張力は図で示
されるように圧延率とほぼ比例して減少する。準備され
た磁石のフレキシビリティは改良され、圧延率およそ5
〜10%で圧延することによって、環状に形成したこれ
らの磁石をモータの磁石として実際に適用することがで
きる。
の希土類系磁石粉末の重量割合(Weight fun
ction of magnetic powder)
に対する圧延前後の伸張の変化を示す特性図である。た
だし、図中の記号□は圧延率10%で圧延したのち(A
fter rolling)の伸長、■は圧延まえ(B
efore rolling)の伸長を示す。また、こ
の実験ではpowder−A(93〜95wt.%)か
ら準備したフレキシブル磁石の結果を示した。
後の磁石の肉厚比率から計算された。
5mm長、1.1mm厚である。図のように、希土類系
磁石粉末の割合が97wt.%を超えて希土類系磁石粉
末の充填量が増加すると、当然ながら磁石の伸張は減少
する。しかしながら、例えば、厚さ1.1mmの磁石を
直径10mmのマンドレルに巻きつけることができるよ
うに、圧延によってフレキシビリティを得ることができ
る。周知のように、97wt.%の希土類系磁石粉末の
充填量は、磁気的に等方性の希土類系磁石粉末−c
(powder−C)と堅いエポキシ樹脂のような熱硬
化性樹脂−cとともに圧縮成形−dした磁石と同等
で、同じくらい高い密度が、より低い圧縮成形圧力によ
って得られるという特徴も本発明は兼備えている。その
うえ、本発明に掛かるフレキシブル磁石の室温での伸張
と張力は従来、一般の小型モ−タに利用されているフェ
ライトゴム磁石と殆ど同じ水準であった。 5フレキシブル磁石の磁気特性 図13と14はpowder−Aと−Bから準備される
本発明に掛かる典型的なフレキシブル磁石の減磁曲線、
およびB−H曲線を、本発明で比較対象とする代表的な
磁石であるフェライト系磁石粉末−a/フレキシブル
系(ゴム、熱可塑性エラストマー)−a/カレンダー
リング−a、または押出成形−bという連携のもと
で製造された磁石、および磁気的に等方性の希土類系磁
石粉末−c(powder−C)と堅いエポキシ樹脂
のような熱硬化性樹脂−cとともに圧縮成形−dし
た磁石と比較して示す特性図である。ただし、試験片は
それぞれ1.1mm厚、7.5mm幅、7.5mm長で
ある。図中の付番1、2はpowder−A、−Bから
準備された本発明に掛かるフレキシブル磁石、3および
4は、従来のNd−Fe−Bボンド磁石とフェライトゴ
ム磁石である。すべての測定は4MA/mのパルス磁場
の下での磁化の後に実行された。なお、比較された磁石
は小型DCモータや小型ブラシレスモータに一般的に適
用されている磁石である。図から明らかなように、従来
の典型的な磁石の特性3、4の領域に比べて、本発明に
掛かる典型的な磁石1、2の特性領域は、明らかにモ−
タの電機子鉄心との空隙への静磁界を高められることが
了解される。具体的に図14のように本発明に掛かるp
owder−A(密度5.84Mg/m3)から準備さ
れたフレキシブル磁石の最大エネルギ−積(BH)max
は140kJ/m3に達し、磁気的に等方性の希土類系
磁石粉末−c(powder−C)と堅いエポキシ樹
脂のような熱硬化性樹脂−cとともに圧縮成形−d
した磁石の(BH) max80kJ/m3と比較して1.7
5倍高い。また本発明に掛かるpowder−B(5.
45Mg/m3)から準備される典型的な本発明に掛か
る磁石の(BH)maxも40kJ/m3が得られ、従来の
フェライトゴム磁石と比較して3倍以上高い。
形成磁石など効率的である小型モータへの貢献を期待す
ることができる。
本発明に掛かる典型的なフレキシブル磁石の減磁曲線を
示す特性図である。ただし、図中の付番1、2はフレキ
シブル磁石の密度5.4Mg/m3、5.96Mg/m3
である。したがって、保磁力は約690kA/mで差は
ないが、密度に依存する(BH)maxは、それぞれ66
kJ/m3と約80kJ/m3であった。この値は磁気的
に等方性の希土類系磁石粉末−c(powder−
C)と堅いエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂−cと
ともに圧縮成形−dした磁石の典型的な(BH)max
80kJ/m3と同等である。したがって、本発明に掛
かるフレキシブル磁石であっても、図6、7で示した高
い密度とすることができ、成形加工設備も何ら代えこと
はない。しかし、本発明に掛かるフレキシブル磁石を図
12のように曲げたり、薄く圧延したりすることが可能
で、小さい効率的なモ−タへの実装性の幅が広がるとと
もに、堅い磁石につきまとう割れ欠けなど課題を克服す
ることもできる。それらは、小さい効率的なモ−タへの
信頼性を高める効果を奏する。
の初期不可逆磁束損失(Irreversible f
luxloss)の温度(temperature)依
存性を示す特性図である。図中の付番1、2、3は、そ
れぞれ、powder−A、−B、および?Cから準備
された磁石である。なお、本発明で対象とする殆どの先
端デバイス機器に搭載されたときのモ−タ運転中の磁石
温度は100℃以下である。したがって図で示されるよ
うに、本発明に掛かるフレキシブル磁石は、powde
r−A、−B、および?Cに拘らず、一般に小さいDC
モータの運転温度領域における初期不可逆磁束損失が少
ないなどの磁気安定性を持っている。ただし、このよう
な磁気安定性を確保するには、希土類系磁石粉末の室温
で4MA/mのパルス着磁後の保磁力が600kA/m
以上であることが望ましい.なお、powder−Aか
ら準備される異方性のフレキシブル磁石の場合は保磁力
の温度係数が−0.5%/℃程度と、一般の希土類系磁
石粉末−0.4%/℃よりも大きく、その分powde
r−Aのような異方性の希土類系磁石粉末の場合は、室
温で4MA/mのパルス着磁後の保磁力が600kA/
m以上であること1.1MA/m以上であることが望ま
しい。なお、powder−Aのような異方性の希土類
系磁石粉末から準備される本発明に掛かるフレキシブル
磁石は異方性の堅いエポキシボンド磁石のように長期の
磁束損失が問題になるかも知れない。ところが、最近、
その困難がpowder−Aのような異方性の希土類系
磁石粉末への表面処理で克服できると報告される。例え
ば、K. Machida,K. Noguchi,
M. Nushimura, Y. Hamaguch
i, G. Adachi, Proc. 9th I
nt.Workshop on Rare−Earth
Magnets andTtheir Applic
ations, Sendai, Japan, (I
I), 845(2000)。或いは、K. Machi
da, Y. Hamaguchi,K. Noguc
hi, G. Adachi, Digests of
the 25th Annual conferenc
e on Magnetcsin Japan, 28
aC−6 (2001)などの引用文献によれば、po
wder−Aのような磁気的に異方性の希土類系磁石粉
末を堅いエポキシボンド磁石で980MPa程度の高い
圧縮圧力で成形した磁石である。引用文献と比べると、
本発明は、それらの40%程度という低い圧縮圧力でp
owder−Aから準備されるフレキシブルなボンド磁
石を作ることができるので、powder−Aの破壊、
また、それに伴って発生する新生面は減少する。したが
って、100℃以下の運転温度領域でpowder−A
から準備されるフレキシブルなボンド磁石の長期磁束損
失の一層の減少は期待される。
を形成するための良い巻きつけ性と磁気特性がある。次
に、これらの本発明に掛かる磁石は、鉄のフレームに巻
きつけられて、図17に示されるように永久磁石界磁で
小さなDCモータに適用された。図のように、従来のフ
ェライトゴム磁石と同様に本発明に掛かるフレキシブル
磁石(Flexible bonded magnet
s)をリング形状に変換(Curling)して、着磁
(Magnetizing)し、永久磁石界磁にするこ
とができた。次に電機子を挿入(Armature i
nset)し、完成(Completion)させる。
なお、この小さなDCモータの直径は24mm、高さは
12.5mmである。
84Mg/m3、(BH)max140kJ/m3)、po
wder−B(5.45Mg/m3、40kJ/m3)か
ら準備された典型的な本発明に掛かる磁石と磁気的に等
方性の希土類系磁石粉末−c(powder−C)と
堅いエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂−cとともに
圧縮成形−dした磁石、並びにフェライト系磁石粉末
−a/フレキシブル系(ゴム、熱可塑性エラストマ
−)−a/カレンダ−リング−a、または押出成形
−bという連携のもとで製造された磁石を実装した小
型DCモータの機械出力の基本となるトルク定数をフェ
ライト系磁石界磁のDCモータを基準として規格化して
示す特性表である。powder−Aから準備した磁石
を界磁とすると比較における従来の等方性の希土類系磁
石粉末−c(powder−C)と堅いエポキシ樹脂
のような熱硬化性樹脂−cとともに圧縮成形−dし
た磁石モータよりもトルク定数は1.75倍高く、フェ
ライト系磁石を界磁としたモータの3.12倍となっ
た。また、powder−Bから準備した磁石を界磁と
すると比較におけるフェライト系磁石を界磁としたモー
タの2.09倍という値が得られた。なお、表1中注記
1は通常のNd−Fe−Bのボンド磁石であり、注記2
は従来のフェライト系ゴム磁石の意味である。
電機子鉄心と界磁磁石との空隙磁束密度を増加させると
一般的にコギングトルクの増大を招くことがある。ここ
で言うコギングトルクとは界磁と対向する電機子の外周
表面に電機子鉄心ティ−スとスロットが存在するため、
電機子の回転に伴ってパ−ミアンス係数Pcが変化する
ことによるトルク脈動である。本発明に掛かる磁石のよ
うに高い(BH)maxの磁石を実装したモ−タではコギ
ングトルクが増大するため、モ−タの振動や騒音の増加
要因となったり、位置制御の精度に障害が発生する原因
となることがある。コギングトルクについては、当該モ
−タの設計思想に委ねるところである。しかし、本発明
に掛かるフレキシブル磁石は最終的に用いる効率的なモ
ータのコギングトルク低減のために、予めグリーンシー
トを不等幅としたり、不等肉厚とすることで、電機子鉄
心と界磁との空隙をより正弦波状に近づけ、コギングト
ルクの増加を抑制する手段を容易に採用することができ
る。これは、カレンダ−リングや押出成形など、従来の
フレキシブルなシート磁石の成型加工では合理的な対応
ができない。しかし、本発明は粉末状のコンパウンドを
通常では、厚さ0.5〜2.0mm程度のグリーンシー
トに圧縮成形するものであるから、モ−タの設計思想に
従って柔軟な形状対応を採ることもできる。
ドにおいて、希土類系磁石粉末に代えて飽和磁化1.3
T以上のFe、Fe−Ni、Fe−Co、Fe−Si、
Fe−N、Fe−Bの群から選ばれる1種または2種以
上のソフト磁性粉末のコンパウンドを調整し、グリーン
シートとしたものを成形型キャビティに装填し、然る
後、本発明に掛かる粉末状のコンパウンドをキャビティ
に充填して圧縮成形する。或いは、結合剤成分の一部の
みを先に圧縮し、然る後、本発明に掛かる粉末状のコン
パウンドをキャビティに充填して圧縮成形する。する
と、異種機能をもったグリーンシートの複合体が得られ
る。この複合体を熱処理、圧延するとバックヨーク付き
フレキシブル磁石や熱溶着性をもったフレキシブル磁石
が得られる。さらに、安定化イソシアナートを混合し
た、例えば下記構造(化4)のようなフィルム形成能を
有するポリマーの1種または2種以上の自己融着層をフ
レキシブル磁石表面に予め形成し、磁石端部や他の部材
との接合に利用することもできる。
入により鋭意研究した結果、高い生産性で磁石粉末の種
類を選ばずフレキシブルなシート磁石の製造方法を提供
できる。とくに、本発明のフレキシブル磁石は、従来の
成形加工方法(カレンダーリング、押出成形)などのよ
うに200℃を越える成形加工温度が不要であり、不可
逆磁束損失などの熱安定性を兼備えた希土類系磁石粉末
本来の高い磁気性能をモータ性能に反映させることがで
きる。したがって、フェライト磁石や磁気的に等方性の
Nd−Fe−B系希土類ボンド磁石を搭載した従来の小
型モ−タを上回る効率的な小型モ−タを高い競争力で提
供することができる。よって、先端デバイス機器への寄
与ばかりか、幅広い普及によって電力消費削減や省資源
化に効果を奏することが期待される。
ち磁石粉末、結合剤システム、成形加工方法の連携を示
す概念図
連携を示す概念図に本発明に掛かるフレキシブルな熱硬
化性樹脂結合剤システム−dによって希土類系磁石粉
末−cと圧縮成形−dを連携させ、新規な高性能小
型モ−タを創製する概念図
メルトスピニング(右)の製造概念図
シオリゴマ−、そして、粉末状潜在性エポキシ硬化剤、
および粘着剤を含むポリアミド粉体からフレキシブルな
ボンド磁石を準備するための工程図
キシブル磁石のもとになる粉末状のコンパウンドの走査
型電子顕微鏡による外観図
する関数としてのグリ−ンシ−トの密度を示す特性図
数としてフレキシブルなボンド磁石の密度を示す特性図
から造られたグリ−ンシ−トの加熱温度の関数として、
(b)はpowder−A、−B、および−Cから造ら
れたグリ−ンシ−トの加熱時間の関数としてフレキシブ
ルなボンド磁石の張力の変化を示す特性図
圧延による寸法変化を圧延率の関数として示す特性図
磁石の力学的性質における変化を示す特性図
に対する圧延前後の伸張の変化を示す特性図
的なフレキシブルなボンド磁石の減磁曲線を示す特性図
的なフレキシブルなボンド磁石のB−H曲線を示す特性
図
かる典型的なフレキシブル磁石の減磁曲線を示す特性図
損失の温度依存性を示す特性図
換して永久磁石界磁、小型で効率的なDCモ−タとした
外観図
トマー) −b 堅い熱可塑性樹脂結合剤 −c 堅い熱硬化性樹脂結合剤 −d 本発明に掛かるフレキシブルな熱硬化性結合剤
成形加工方法(PROCESSES) −a カレンダーリング −b 押出成形 −c 射出成形 −c 圧縮成形 創製された効率的な小型モ−タ
Claims (46)
- 【請求項1】 磁石粉末を希土類系磁石粉末とし、結合
剤システムをフレキシブルな熱硬化性樹脂組成物とし、
成形加工方法を圧縮成形としたフレキシブル磁石の製造
方法。 - 【請求項2】 希土類系磁石粉末とフレキシブルな熱硬
化性樹脂組成物とを主成分とした粉末状のコンパウンド
を当該樹脂組成物の融点以下に加熱した粉末成形型中で
圧縮成形し、得られたグリーンシートの結合剤成分を熱
硬化して、ボンド磁石を作製し、当該ボンド磁石を圧延
するフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項3】 結合剤システムは、少なくとも融点以下
での熱圧着機能と熱硬化性官能基を有する粉末状樹脂成
分を必須とする請求項1記載のフレキシブル磁石の製造
方法。 - 【請求項4】 コンパウンドは、1種または、2種以上
の粘着剤によって希土類系磁石粉末と他の結合剤成分を
物理的に統合する結合剤システムで構成される請求項2
記載のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項5】 結合剤システムは、フレキシブルな熱硬
化性樹脂組成物より構成され、少なくとも室温で固体の
エポキシオリゴマーと室温で粘着性を付与した熱圧着性
ポリアミドまたは/およびポリアミドイミド粉末、およ
び必要に応じて適宜加える粉末状潜在性エポキシ硬化剤
及び滑剤からなる請求項1記載のフレキシブル磁石の製
造方法。 - 【請求項6】 希土類系磁石粉末は、予め室温で固体の
エポキシオリゴマーで表面被覆されている請求項1記載
のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項7】 室温で固体のエポキシオリゴマーの平均
膜厚が0.1μm以下である請求項5記載のフレキシブ
ル磁石の製造方法。 - 【請求項8】 室温で固体のエポキシオリゴマーを有機
溶媒に溶解して希土類系磁石粉末と湿式混合し、溶媒を
除去した当該塊状混合物を解砕し、予め希土類系磁石粉
末表面に室温で固体のエポキシオリゴマーを被覆する請
求項6または、請求項7記載のフレキシブル磁石の製造
方法。 - 【請求項9】 室温で固体のエポキシオリゴマーが分子
鎖内にエポキシ基を有するノボラック型エポキシである
請求項5記載のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項10】 ポリアミドまたは、およびポリアミド
イミド粉末の可塑剤としてグリシジル化合物のカルボン
酸付加物を用いる請求項5記載のフレキシブル磁石の製
造方法。 - 【請求項11】 粉末状潜在性エポキシ硬化剤がジヒド
ラジッド系化合物である請求項5記載のフレキシブル磁
石の製造方法。 - 【請求項12】 必要に応じて適宜加える添加剤として
成形型よりも高融点の高級脂肪酸または、高級脂肪酸ア
ミドまたは、高級脂肪酸金属石鹸類から選ばれる1種ま
たは2種以上を0.2wt.%以下用いる請求項5記載
のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項13】 希土類系磁石粉末の含有量が92w
t.%から97wt.%の範囲である請求項1のフレキ
シブルボンド磁石の製造方法。 - 【請求項14】 コンパウンドの圧縮成形圧力が390
MPa以上である請求項1のフレキシブルボンド磁石の
製造方法。 - 【請求項15】 磁気的に異方性の希土類系磁石粉末を
含む粉末状コンパウンドを複数の非磁性成形型に充填
し、アキシャル磁界中で同時に圧縮成形する特許請求項
1または請求項2記載のフレキシブルボンド磁石の製造
方法。 - 【請求項16】 グリーンシートの結合剤成分の熱処理
が当該エポキシオリゴマーの反応開始温度以上である請
求項1記載のフレキシブルボンド磁石の製造方法。 - 【請求項17】 圧延率が2%以上、巻き付け限界径8
mm以下とした請求項1記載のフレキシブルボンド磁石
の製造方法。 - 【請求項18】 圧延率が10%以上、巻き付け限界径
2mm以下とした請求項1記載のフレキシブルボンド磁
石の製造方法。 - 【請求項19】 グリーンシートが不等幅であるフレキ
シブル請求項1記載のフレキシブルボンド磁石の製造方
法。 - 【請求項20】 グリーンシートが不等肉厚であるフレ
キシブル請求項1記載のフレキシブルボンド磁石の製造
方法。 - 【請求項21】 飽和磁化1.3T以上のFe、Fe−
Ni、Fe−Co、Fe−Si、Fe−N、Fe−Bの
群から選ばれる1種または2種以上のソフト磁性粉末を
含有したグリーンシートと希土類系磁石粉末を含有した
グリーンシートを一体的に成形し、熱処理、圧延する異
種材料複合化フレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項22】 希土類系磁石粉末がスビニングカップ
アトマイゼーションによって準備された磁気的に等方性
のNd−Fe−B系球状粉末を含む請求項1または、請
求項19記載のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項23】 希土類系磁石粉末がメルトスピニング
によって準備された磁気的に等方性のNd−Fe−B系
フレ−ク状粉末を含む請求項1または、請求項19記載
のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項24】 希土類系磁石粉末がメルトスピニング
によって準備された磁気的に等方性のαFe/Nd−F
e−B系フレーク状粉末を含む請求項1または、請求項
19記載のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項25】 希土類系磁石粉末がメルトスピニング
によって準備された磁気的に等方性のFe3B/Nd−
Fe−B系フレーク状粉末を含む請求項1または、請求
項19記載のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項26】 希土類系磁石粉末がメルトスピニング
によって準備された磁気的に等方性のSm−Fe−N系
フレーク状粉末を含む請求項1または、請求項19記載
のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項27】 希土類系磁石粉末がメルトスピニング
によって準備された磁気的に等方性のαFe/Sm−F
e−N系フレーク状粉末を含む請求項1または、請求項
19記載のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項28】 フレーク状粉末の厚さに対する粒子径
の比を4以下とする請求項21から請求項25いずれか
1項記載のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項29】 希土類系磁石粉末が熱間据込加工によ
って準備された磁気的に異方性のNd−Fe−B系塊状
粉末を含む請求項1または、請求項19記載のフレキシ
ブル磁石の製造方法。 - 【請求項30】 希土類系磁石粉末が水素分解及び再結
合処理によって準備された磁気的に異方性のNd−Fe
−B系塊状粉末を含む請求項1または、請求項19記載
のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項31】 希土類系磁石粉末が水素分解及び再結
合処理によって準備された磁気的に異方性のNd−Fe
−B系塊状粉末の表面を予め不活性化処理した請求項2
7記載のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項32】 希土類系磁石粉末の4MA/mパルス
着磁後の20℃における保磁力が1.1MA/m以上で
ある請求項26または、請求項27または、請求項28
記載のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項33】 希土類系磁石粉末がRD(酸化還元)
処理によって準備された磁気的に異方性のSm−Fe−
N系微粉末を含む請求項1または、請求項19記載のフ
レキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項34】 希土類系磁石粉末が酸化還元処理によ
って準備された磁気的に異方性のSm−Fe−N系微粉
末の表面を予め不活性化処理した請求項29記載のフレ
キシブル磁石の製造方法。 - 【請求項35】 磁気異方性Nd−Fe−B系磁石粉末
の4MA/mパルス着磁後の20℃における保磁力が
0.6MA/m以上である請求項31または、請求項3
2記載のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項36】 混合した全希土類磁石粉末の4MA/
mパルス着磁後の20℃における保磁力の平均値が0.
6MA/m以上である請求項1または、請求項19記載
のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項37】 圧延後、表面に自己融着層を設ける請
求項1または、請求項19記載のフレキシブル磁石の製
造方法。 - 【請求項38】 自己融着層が溶融接着型である請求項
35記載のフレキシブル磁石の製造方法。 - 【請求項39】 自己融着層が安定化イソシアナートを
混合したフィルム形成能を有するポリマーの1種または
2種以上である請求項35記載のフレキシブル磁石の製
造方法。 - 【請求項40】 円筒枠の内周面に請求項1または、請
求項19記載のフレキシブル磁石をカーリング、固定、
および多極着磁した環状磁石を永久磁石界磁とする永久
磁石型DCモ−タの製造方法。 - 【請求項41】 円筒枠の内周面に請求項1または、請
求項19記載のフレキシブル磁石をカーリング、固定、
および多極着磁した環状磁石を備えた半径方向空隙型回
転子とする永久磁石型モ−タの製造方法。 - 【請求項42】 円柱枠の外周面に請求項1または、請
求項19記載のフレキシブル磁石をカーリング、固定
化、多極着磁した環状磁石で表面磁石型回転子を形成す
る永久磁石型モ−タの製造方法。 - 【請求項43】 フレキシブル磁石の自己融着層で相手
材と接合する請求項40または、請求項41または、請
求項42記載の永久磁石型モ−タの製造方法。 - 【請求項44】 環状形状に巻きつけたフレキシブル磁
石の両端を自己融着層で接合しリング磁石とした請求項
40または、請求項41または、請求項42記載の永久
磁石型モ−タの製造方法。 - 【請求項45】 4MA/mパルス着磁後の室温におけ
る最大エネルギ−積(BH)maxが40kJ/m3以上の
フレキシブル磁石を搭載した永久磁石型モ−タ。 - 【請求項46】 4MA/mパルス着磁後の室温におけ
る最大エネルギ−積(BH)maxが140kJ/m3以上
のフレキシブル磁石を搭載した永久磁石型モ−タ。
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