【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシート磁石に関し、主にＩＴ関連機器等に使用される小型モーター、小型アクチュエーターに組み込まれる永久磁石や、レーザープリンター等に組み込まれるマグネットロール用永久磁石等として好適に使用できるシート磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＴ関連機器の高速化や小型化に伴うモーターの小型化の必要性から、小型モーターに使用可能な薄板状の永久磁石が要求されるようになった。
【０００３】
従来より、シート磁石は、予備成形工程及び後工程により作製されている。予備成形である押出成形（例えば、特許文献１参照。）は、磁性材混練工程→押出工程→圧延工程→裁断工程から構成される。先ずガスアトマイズ法を用いて球状希土類磁石粉を作製する。次に、磁性材混練工程において、希土類磁石粉と、ニトリルブタジエンゴム（以下、ＮＢＲという。）若しくはエポキシ樹脂（例えば、特許文献２参照。）と、流動助剤等の添加剤を所定の混合比で混練し混練組成物を作製する。そして、混練組成物を所定の形状にするための押出工程において、溶融した混練組成物を、金型を介して押出機により押出成形する。次に、成型品を後工程においてカレンダーロール等を用いてロール圧延し、磁性粉の密度を高めると共に所定厚さに成形し希土類シート磁石を作製していた。
【特許文献１】
特開２００３−１９７３８号公報（段落番号
【００２９】、第１図）
【特許文献２】
特開昭６２−２７６８０４号公報（第２頁、左上欄の１５行〜１９行及び第３頁、左上欄の５行〜８行）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、小型モーターに利用するためのシート磁石は、柔軟性、反発性、そして残留応力の経時変化が少ないことが必要である。
【０００５】
まず、小型モーターのハウジングは円筒状のものが一般的であるが、その他種々の形状のものがある。これら種々の形状のモーターに使用するため、シート磁石を屈曲させる必要がある。よって、シート磁石には柔軟性が必要である。
【０００６】
さらに、シート磁石をハウジング内部に組み付ける際、ハウジングの形状に沿って屈曲させる必要があるが、元の形状に戻ろうとする反発力（復元力）を有することが組み付け作業性の観点から好ましい。
【０００７】
また、組み付けた後は、残留応力が経時的に減少する性質である残留応力緩和性が少なく、屈曲した後も反発力が維持されることが好ましい。残留応力が経時的に減少する場合、反発力の低下により磁石シートがモーターハウジングから剥離し、滑落する恐れがあるためである。従来は、柔軟なシート磁石を得るために、発泡剤及び可塑剤等を配合することで達成しようとしていたが、発泡剤及び可塑剤等を加えることでシート磁石の密度（磁性材料の充填率）が低下し、磁性材料の特性を十分に生かすことができなかった。
【０００８】
また、磁性材料を繋げるバインダー（結合材料）として従来から使用されているニトリルブタジエンゴムを用いたシート磁石は、ロール圧延処理により柔軟性を発現させている。しかしながら、ロール圧延処理により弾性力が低下するため、シート磁石を屈曲させても十分な反発力が発生せず組み付け作業性が好ましくない。
【０００９】
そこで本発明は、十分な柔軟性、反発性、そして残留応力緩和性の少ない薄板状のシート磁石を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のシート磁石の第１の態様は、磁性材料と樹脂と架橋剤を主成分とするシート磁石であって、磁性材料が希土類元素を含み、該樹脂がポリエステルポリウレタン、ポリカーボネートポリウレタン及びポリエーテルポリウレタンの少なくとも一を含む樹脂であり、架橋剤がイソシアネート化合物であることを特徴とするシート磁石である。
【００１１】
また、本発明のシート磁石の第２の態様は、ヤング率が３．０ｋｇ／ｍｍ２以上で、かつ残留応力が４５％以上である。
【００１２】
さらに、本発明のシート磁石の第３の態様は、前記樹脂は、樹脂ガラス転移温度が−１０℃以下で、かつ樹脂軟化点が１３５℃以下の樹脂である。
【００１３】
本発明のシート磁石の第４の態様は、前記磁性材料と前記樹脂との重量比は、１５：１〜５０：１である。より好ましい重量比は、１７：１である。
【００１４】
上記のように、磁性材料と、ポリカーボネートポリウレタン、ポリエステルポリウレタン若しくはポリエーテルポリウレタンを含有する樹脂と、イソシアネート基を有する化合物と、を組み合わせることで柔軟性、反発性、そして残留応力のある磁性シートを実現できる。
【００１５】
樹脂及び有機溶剤を有するラッカー溶液と磁性材料を混練することにより、樹脂が磁性材料を均一に包み込み、成型品である希土類シート磁石の強度を確保した上でさらに柔軟性を付与することができる。
【００１６】
また、混練組成物の流動性を得るために用いた有機溶剤は揮発性を有するので、シート磁石の製造において有機溶剤を加えた場合であっても、後に有機溶剤を揮発させることでシート磁石の成型品に対する磁性材料の含有率を従来のシート磁石に比べ高くできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明によるシート磁石の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、小型モーターに組み込まれた本発明の希土類シート磁石を示す斜視図であり、図２は図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。なお、図面の明確化のため、ハウジングの断面のハッチングは省略した。
【００１９】
図１及び図２中のシート磁石１は、後述する製造方法により製造された成型品である。シート磁石１を公知の方法により円筒状に屈曲し、筒状のハウジング３内に挿入した状態で図に示されている。
【００２０】
本発明者によれば、小型モーター等に使用するシート磁石は、組み付け性を考慮すると、柔軟であること、そして成型品は、シート磁石のヤング率がある程度高く、組み付けた後、所定時間経過しても残留応力が減少しない材料が望ましいことが確認されている。好適には、ヤング率が３．０ｋｇ／ｍｍ２以上、より好ましくは２０ｋｇ／ｍｍ２以上で、５０ｋｇ／ｍｍ２以下で、残留応力が４５％以上であるシート磁石が望ましいことを確認した。ここで、残留応力とは、シート磁石を長手方向に５％引っ張った状態で１０分間維持した後の応力を、５％引っ張った時点の応力で除した値である。
【００２１】
ヤング率が３．０ｋｇ／ｍｍ２未満であると、シート磁石を所定量だけ屈曲させた場合でも十分な反発力が発生せず組み付け性が良くない。他方、ヤング率が５０ｋｇ／ｍｍ２より大きい場合には、シート磁石を所定量屈曲させるための荷重が大きくなり組み付け装置の大型化を招いてしまう。
【００２２】
さらに、残留応力が４５％より小さい場合には、モーターハウジングから磁石シートが剥離する恐れが生じる。
【００２３】
次に、本発明の希土類シート磁石の製造方法について説明する。図３は希土類シート磁石の製造方法のフローを示す。図に示されるように、ラッカー作製工程→第１次混練工程→第２次混練工程→付着工程→乾燥工程→剥離工程→圧延工程→架橋工程→裁断工程から構成されるものである。以下各工程について説明する。なお、本発明において、シート磁石とは、薄板状であって、その厚さを１．５ｍｍ以下としたものである。
【００２４】
まず、ラッカー溶液を作製するラッカー作製工程において、有機溶剤であるメチルエチルケトン（以下、ＭＥＫという。）とトルエンとの重量比が１：１の混合溶液でポリカーボネートポリウレタン、ポリエステルポリウレタン若しくはポリエーテルポリウレタンの樹脂を溶解し、ラッカー溶液を作製する。なお、有機溶剤としては、アセトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなども使用できる。また、使用する樹脂は、ポリカーボネートポリウレタン、ポリエステルポリウレタン及びポリエーテルポリウレタンの少なくとも一を含むものであればよい。
【００２５】
第１次混練工程は、従来から知られるガスアトマイズ法により作製した球状の希土類磁石粉（磁性材料）とラッカー作製工程で製造されたラッカー溶液を混練する工程である。
【００２６】
ガスアトマイズ法により作製された磁性材料は、球状粉であるため等方性磁石を作製できるとともに、針状粉と比べると磁性粉の表面積が小さく混練する樹脂を少なくできるため磁力の大きい磁石とすることができる。
【００２７】
ラッカー溶液は、混練作業中に強い剪断力が磁性材料等に働き、ラッカー溶液と希土類磁石粉の分散混合を可能にする程度の粘度であればよい。粘度が不十分の場合、混練組成物を均一に分散混合できず、磁石粉と樹脂の密着性が悪くなるのみならず、樹脂が磁石粉全体を均一に被覆できないので、シート磁石の強度の低下や磁石の露出部に錆が発生する恐れがある。
【００２８】
混練するためには、自動乳鉢、混練押出機、加圧ニーダー、バンバリーミキサー等を適宜使用できる。
【００２９】
なお、ラッカー溶液に含まれる樹脂と磁石粉の重量比は、１：１５〜１：５０とするのが好ましい。磁石粉の比率を５０より大きくすると成型品であるシート磁石は十分な柔軟性が得られない。他方、磁石粉の比率を１５より小さくすると、シート磁石の柔軟性を高くできるが、十分な磁力が得られなくなる。
【００３０】
第２次混練工程では、ラッカー作製工程で用いられたＭＥＫ及びトルエンからなる混合溶液と、架橋剤としてイソシアネート化合物を、第１次混練工程において作製した混練組成物に加え樹脂若しくは／及び有機溶剤の特性を変化させた上でさらに混練する。特性を変化させるとは、例えば、混練組成物の粘度を低減すること、架橋促進剤を加え架橋を促進させること等をいう。
【００３１】
イソシアネート化合物としては、ジフェニルメタンジイソシアネート（Ｄｉｐｈｅｎｙｌｍｅｔｈａｎｅ−４，４’−ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、トリレンジイソシアネート（２，４−ｔｏｌｙｌｅｎｅ ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ、２，６−ｔｏｌｙｌｅｎｅ ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）若しくはポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌ ｐｏｌｙｉｓｏｃｙａｎａｔｅ）等を適宜使用できる。
【００３２】
第２次混練工程は、第１次混練工程で作製された混練組成物の粘性を低減するための工程であって、後述する付着工程において、混練組成物が被付着部材上を流動し平坦化するような粘性を付与するものである。よって、後述する付着工程において混練組成物を塗布する場合に好適である。なお、粘性は、塗布方法や速度により適宜変えることが望ましい。
【００３３】
さらに、付着工程において、その表面に剥離剤が被覆されているＰＥＴフィルム等の被付着体を用意し、従来から使われているアプリケーターコーターの塗布装置を用いて第２次混練工程で作製した混練組成物を所定の厚さで被付着体の表面に塗布する。
【００３４】
ここで、剥離剤としては、シリコン樹脂、フッソ樹脂、パラフィン等が使用できる。被付着体としては、ＰＥＴフィルムに限定されることなく、ＰＥ、ＰＰ、ＰＥＮ等のフィルム状の部材や、板状の種々の部材を使用することができる。換言すれば、混練組成物を付着でき、そして混練組成物から剥離できる部材であればよい。
【００３５】
上記付着工程では、アプリケーターコーターによる塗布を行ったが、混練組成物の溶液中に浸漬して被付着体に付着する浸漬法を使用してもよい。つまり、被付着体に対して均一な厚さで混練組成物を付着することができる技術であれば、本発明は上記例示した付着方法に限定されない。
【００３６】
その後、乾燥工程において、混練組成物が付着した被付着体を乾燥させ、ＭＥＫやトルエン等の有機溶剤を揮発させる。従って、シート磁石となる混練組成物中の磁石充填率を高めることができ、有機溶剤を加えたことによる磁力の低下を防ぐことができる。
【００３７】
次に、剥離工程では、乾燥した混練組成物から被付着体を剥離して、薄板状であって、所定厚さのシート磁石を得る。
【００３８】
圧延工程において、シート磁石をカレンダーロール等を介して磁性材料の密度を増加させると共に、所定厚さに加工する。さらに、圧延工程を経ることにより、シート磁石の柔軟性を高める効果も得られる。
【００３９】
また、架橋工程において既に知られている方法で加熱してシート磁石の架橋を促す。
【００４０】
最後の裁断工程では、架橋したシート磁石を所定の大きさに裁断して希土類シート磁石を製造する。
【００４１】
上記例では、架橋工程、そして裁断工程の順であるが、架橋工程及び裁断工程の順番を入れ替えてもよい。具体的には、裁断等の加工がより容易な状態である架橋工程前に裁断工程を行い、その後、架橋工程を行うこととしても良い。
【００４２】
なお、上記方法では、剥離工程の後に圧延工程を設けているが、高密度化や厚さの調節の必要のない場合には適宜省略できる。
【００４３】
また、本実施の形態では、小型モータ用の磁石として用いた例を説明したが、この形態に限定されることもなく、例えば磁気検出センサ用の磁石としても適用することが可能である。すなわち本実施の形態に係るシート磁石は、曲率半径が２０ｍｍ以下の箇所にも取り付けることが可能なので制約条件が緩和され、工作機械などの設備において取り付け位置の自由度を高めることができる。
【００４４】
【実施例】
（実施例１〜３）
樹脂であるポリカーボネートポリウレタンを、メチルエチルケトン（以下、ＭＥＫという。）とトルエンの１：１の混合溶液（以下、混合溶剤という。）で溶解し２０ｗｔ％濃度のラッカー溶液を作製し、次いで、ラッカー溶液とガスアトマイズ法により作製されたＮｄＦｅＢ粉からなる磁性材料とを混合し、自動乳鉢（愛知電機工作所製ＡＮＭ１０００型）で３０分間混練した。具体的には、ポリカーボネートポリウレタンを約４．３４７８ｇ、混合溶剤を２０ｇ、磁性材料を１００ｇ投入して混練した。
【００４５】
更に、混練組成物のラッカー濃度が１２ｗｔ％になるように混合溶剤を加え、また、架橋促進剤（イソシアネート化合物）を１５ｗｔ％加え１０分間混練し磁性塗料を得た。具体的にはイソシアネート化合物を約０．６５２２ｇ投入した。ここで、ラッカー溶液中の樹脂成分は所定の樹脂（４．３４７８ｇ）と架橋材（０．６５２２ｇ）とからなる約５ｇで磁性材料は１００ｇとなっている。よって、ラッカー溶液中の樹脂と磁性材料の重量比は約１：２０である。
【００４６】
上記作製した磁性塗料をシリコン樹脂被覆済みのＰＥＴフィルム（東洋メタライジング社セラピール、厚さ７５μｍ）上にアプリケーターコーター（ＴＤＫ社製）で塗布し、乾燥させた。その後、ＰＥＴフィルムを剥離して、市販の圧延装置を用いて２５２ｋｇ／ｃｍの線圧で圧延し、厚さ０．５ｍｍのシート磁石を得た。
【００４７】
その後、架橋を促進させるため１２０℃で６時間加熱する架橋工程を施した後、シート磁石を所定の大きさのサンプルとすべく裁断を行った。
【００４８】
実施例１〜３のサンプルはいずれも上記の方法で作製したものであり、異なるのは、バインダーであるポリカーボネートポリウレタン樹脂の組成物の配合比率を変えたもので、樹脂ガラス転移温度及び樹脂軟化点がそれぞれ異なる値を有する。
【００４９】
具体的には、実施例１〜３で用いられたポリカーボネートポリウレタンＡ〜Ｃは、それぞれ日本ポリウレタン（株）製のニッポラン５２３０、ニッポラン５１９９、ニッポラン５１９６である。
（実施例４〜７）
樹脂であるポリエステルポリウレタン（実施例４〜６）及びポリエーテルポリウレタン（実施例７）は、実施例１〜３と同様の方法により作製された厚さ０．５ｍｍのシート磁石サンプルである。実施例４〜６で用いたシート磁石は、バインダーであるポリエステルポリウレタン樹脂の組成物の配合比率を変えたもので、樹脂ガラス転移温度及び樹脂軟化点がそれぞれ異なる値を有する。
【００５０】
具体的には、実施例４〜６で用いられたポリエステルポリウレタンＡ〜Ｃは、それぞれ日本ポリウレタン（株）のニッポラン３１１６、東洋紡績（株）のＵＲ８７００、日本ポリウレタン（株）のニッポラン２３０４である。実施例７で用いられたポリエーテルポリウレタンＡは、日本ポリウレタン（株）のニッポラン５２３２である。
（比較例１）
樹脂であるＮＢＲをＭＥＫとトルエンの１：１の混合溶液（以下、混合溶剤という。）で溶解し２０ｗｔ％濃度のラッカー溶液を作製し、次いで、ガスアトマイズ法により作製した球状のＮｄＦｅＢ粉からなる磁性材料とラッカー溶液を混合し、自動乳鉢（愛知電機工作所製ＡＮＭ１０００型）で３０分間混練した。具体的には、ＮＢＲを約４．９６ｇ、混合溶剤を２０ｇ、磁性材料を１００ｇ投入して混練した。
【００５１】
更に、混練組成物のラッカー濃度が１２ｗｔ％になるように混合溶剤を加え、また、架橋剤として２，５−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−２，５−ｄｉ−ｔ−ｂｕｔｙｌｐｅｒｏｘｙ ｈｅｘａｎｅを樹脂に対して０．８ｗｔ％、架橋促進剤としてＭｇＯを樹脂に対して１．５ｗｔ％、更にＺｎＯを樹脂に対して４．０ｗｔ％加え３０分間混練し磁性塗料とした。具体的には、ＭｇＯを約０．０３９７ｇ投入した。ここで、ラッカー溶液中の樹脂成分はＮＢＲ（約４．９６ｇ）と架橋材（０．０３９７ｇ）からなる５ｇで磁性材料は１００ｇとなっている。よって、ラッカー中の樹脂と磁性材料の重量比は約１：２０である。
【００５２】
上記作製した磁性塗料をシリコン樹脂被覆済みＰＥＴフィルム（東洋メタライジング社セラピール、厚さ７５μｍ）上にアプリケーターコーター（ＴＤＫ社製）で塗布し、乾燥後させた。その後、ＰＥＴフィルムを剥離して２５２ｋｇ／ｃｍの線圧で圧延し、厚さ０．５ｍｍのシート磁石とした。続いて１８０℃で１時間加熱する架橋促進処理を行い、最後に所定の寸法に成型品を裁断しシート磁石のサンプルとした。
（比較例２〜３）
樹脂であるポリエステルポリウレタン（比較例２〜３）は、実施例１〜７と同様の方法により作製された厚さ０．５ｍｍのシート磁石サンプルである。比較例２〜３で用いたシート磁石は、バインダーであるポリエステルポリウレタン樹脂の組成物の配合比率を変えたもので、樹脂ガラス転移温度及び樹脂軟化点がそれぞれ異なる値を有する。具体的には、比較例２及び３で用いられたポリエステルポリウレタンＤ及びＥは、それぞれ日本ポリウレタン（株）のニッポラン３０２２、ニッポラン３１１３である。
【００５３】
以下の表１に比較例と実施例の結果を示す。
【表１】
各実施例及び比較例で用いるシート磁石のサンプルは、大きさが１００ｍｍｘ６００ｍｍで、厚さが０．５ｍｍである。
【００５４】
測定は、以下の方法で行った。ヤング率は、引っ張り速度を１０％／分として、０．５％サンプルが伸びた時の応力から計算した値である。残留応力は、５％引っ張り、静止した後、１０分後の応力を測定し、５％引っ張った時の応力で除した値とした。樹脂ガラス転移温度は、バイブロン法により測定した。樹脂軟化点はＪＩＳ−Ｋ７２０６に従って計測した。
【００５５】
実施例１〜３のシート磁石では、樹脂ガラス転移温度は−２７℃〜−３３℃の範囲にあり、またポリカーボネートポリウレタン樹脂の樹脂軟化点は９０℃〜１３０℃の範囲にあるものである。
【００５６】
表１に示されるように、製造されたシート磁石は、ヤング率はそれぞれ３６．０ｋｇ／ｍｍ２、３５．０ｋｇ／ｍｍ２、２６．８ｋｇ／ｍｍ２である。よって、シート磁石をモーターハウジングに組み込む際に屈曲させると、適度な反発力が生じ作業性が良い。残留応力はそれぞれ４９％、５０％、５１％であり、組み付けた後一定時間経過後も適度な反発力があり、組み付け後のシート磁石の脱落を防止できる。
【００５７】
また、実施例４〜７のシート磁石では、ポリエステルポリウレタン樹脂及びポリエーテルポリウレタンのガラス転移温度が−２２℃〜−４９℃の範囲にあり、また樹脂軟化点は２３℃〜７５℃の範囲にあるものである。
【００５８】
表１に示されるようにヤング率が３．０ｋｇ／ｍｍ２〜１５．０ｋｇ／ｍｍ２の範囲であり、実施例１〜３と比較すると小さいが、組み付けの際に必要十分な反発力を発生する。また、残留応力が４８％〜５３％であるので、組み付けられた際の形状が維持され、シート磁石の剥離等による脱落を防止できる。よって、小型モーター用シート磁石に適するといえる。
【００５９】
比較例１は、ＮＢＲ樹脂を用いたシート磁石である。シート磁石のヤング率は、０．９ｋｇ／ｍｍ２であるため、屈曲しても十分な反発力が得られないシート磁石である。よって、円筒状のモーターハウジングに組み付けるための屈曲は容易であるが、屈曲により生ずる反発力が小さいので、組み付け作業性が良くない。
【００６０】
一方、残留応力は、１３％であるから、時間が経過するとモーターハウジングへの組み付け力が低下し、ハウジングから剥離する恐れがある。
【００６１】
比較例２〜３は、樹脂ガラス転移温度が−３２℃〜−３６℃の範囲で、樹脂軟化点温度が１６０℃〜１８０℃の範囲にあるポリエステルポリウレタン樹脂を用いたシート磁石である。
【００６２】
比較例２及び３の場合、ヤング率が４３．４ｋｇ／ｍｍ２、３１．４ｋｇ／ｍｍ２であり、屈曲させた場合に反発力は発生するが、５％までも伸びずに破断してしまうため柔軟性がない。よって小型モーター用のシート磁石には適さない。
【００６３】
樹脂ガラス転移温度−２７℃〜−３３℃の範囲にあり、また樹脂軟化点は９０℃〜１３０℃の範囲にあるポリカーボネートポリウレタン樹脂を用いた実施例１〜３のシート磁石は、柔軟性を確保した上で、適度なヤング率及び残留応力を有するので、小型モーターといった小型の部品等の使用に適していることがわかる。
【００６４】
樹脂ガラス転移温度は−２２℃〜−４９℃の範囲にあり、また樹脂軟化点は２３℃〜７５℃の範囲にあるポリエステルポリウレタン樹脂及びポリエーテルポリウレタンを用いた実施例４〜７のシート磁石は、実施例１〜３と比較するとヤング率が低いものの組み付けに必要な反発力を必要十分に発生する。従って、柔軟性、反発力及び残留応力を有し小型モーターといった小型の部品等の使用に適していることがわかる。
【００６５】
以上の実施例で用いた希土類系材料にＮｄＦｅＢに関し、Ｎｄの置換元素としてＰｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｐｍ等を適宜利用でき、Ｆｅの置換元素として、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ等が利用でき、更にＢの置換元素とし、Ｓｉ、Ｐ、Ｃ、Ｎ等が適宜利用できる。
【００６６】
有機溶剤としてＭＥＫ以外に、アセトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等も用いることができる。
【００６７】
また、架橋剤に加え、例えば磁性材料と樹脂との濡れ性を改善する目的で、シート磁石に求められる物性値あるいはシート磁石の製造に用いる材料に応じて、更なる添加剤を加えても良い。
【００６８】
被付着体としてＰＥＴフィルム等を用いているが、ＰＥ、ＰＰ、ＰＥＮ等のフィルム状の部材や、板状の種々の部材を使用することができる。
【００６９】
この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施例は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。
【００７０】
【発明の効果】
磁性材料と、バインダーとしてのポリカーボネートポリウレタン、ポリエステルポリウレタン及びポリエーテルポリウレタンの少なくとも一を含む樹脂と、架橋剤であるイソシアネート化合物と、を主成分とする本発明のシート磁石は、十分な柔軟性、反発性、残留応力を有する薄板状のシート磁石を提供することができる。
よって、小型モータ等の小型部品に好適なシート磁石を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法により製造されたシート磁石を小型モーターのハウジングに組み込んだ状態を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の製造方法の工程フローを示す図である。
【符号の説明】
１ シート磁石
３ モーターハウジング[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a sheet magnet, and more particularly, to a sheet magnet which can be suitably used as a small motor used for IT-related equipment and the like, a permanent magnet incorporated in a small actuator, a permanent magnet for a magnet roll incorporated in a laser printer and the like.
[0002]
[Prior art]
The necessity of miniaturization of motors accompanying high-speed and miniaturization of IT-related equipment has led to a demand for thin plate-shaped permanent magnets that can be used for small motors.
[0003]
Conventionally, sheet magnets have been manufactured through a preforming step and a post-step. Extrusion molding, which is preforming (for example, see Patent Document 1), includes a magnetic material kneading step, an extrusion step, a rolling step, and a cutting step. First, spherical rare earth magnet powder is prepared by using a gas atomizing method. Next, in a magnetic material kneading step, a rare earth magnet powder, a nitrile butadiene rubber (hereinafter, referred to as NBR) or an epoxy resin (for example, see Patent Document 2) and an additive such as a flow aid are mixed at a predetermined mixing ratio. To prepare a kneaded composition. Then, in an extrusion step for forming the kneaded composition into a predetermined shape, the molten kneaded composition is extruded by an extruder through a mold. Next, the molded product was roll-rolled using a calender roll or the like in a later step to increase the density of the magnetic powder and to mold it to a predetermined thickness to produce a rare earth sheet magnet.
[Patent Document 1]
JP-A-2003-19738 (paragraph number [0029], FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-62-276804 (page 2, upper left column, lines 15 to 19 and page 3, upper left column, lines 5 to 8)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, a sheet magnet for use in a small motor needs to have flexibility, resilience, and little change over time in residual stress.
[0005]
First, the housing of a small motor is generally cylindrical, but there are other various shapes. In order to use the motor for these various shapes, it is necessary to bend the sheet magnet. Therefore, the sheet magnet needs to have flexibility.
[0006]
Furthermore, when assembling the sheet magnet inside the housing, it is necessary to bend along the shape of the housing, but it is preferable from the viewpoint of assembling workability to have a repulsive force (restoring force) for returning to the original shape.
[0007]
Also, it is preferable that after the assembly, the residual stress relaxation property, which is a property that the residual stress decreases with time, is small, and the repulsive force is maintained even after bending. This is because when the residual stress decreases over time, the magnet sheet may peel off from the motor housing due to a decrease in the repulsive force and slide down. Conventionally, in order to obtain a flexible sheet magnet, an attempt has been made to mix a foaming agent and a plasticizer, etc., but by adding a foaming agent and a plasticizer, the density of the sheet magnet (the filling ratio of the magnetic material) is increased. And the properties of the magnetic material could not be fully utilized.
[0008]
Further, a sheet magnet using nitrile-butadiene rubber, which has been conventionally used as a binder (binding material) for connecting magnetic materials, exhibits flexibility by a roll rolling process. However, since the elastic force is reduced by the roll rolling process, a sufficient repulsive force is not generated even when the sheet magnet is bent, and the assembling workability is not preferable.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a thin sheet magnet having sufficient flexibility, resilience, and low residual stress relaxation.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a sheet magnet comprising a magnetic material, a resin, and a crosslinking agent as main components, wherein the magnetic material contains a rare earth element, and the resin is a polyester polyurethane. , A resin containing at least one of a polycarbonate polyurethane and a polyether polyurethane, wherein the crosslinking agent is an isocyanate compound.
[0011]
In a second aspect of the sheet magnet of the present invention, the Young's modulus is 3.0 kg / mm 2 or more, and the residual stress is 45% or more.
[0012]
Furthermore, in a third aspect of the sheet magnet of the present invention, the resin is a resin having a resin glass transition temperature of −10 ° C. or lower and a resin softening point of 135 ° C. or lower.
[0013]
In a fourth aspect of the sheet magnet of the present invention, the weight ratio of the magnetic material to the resin is 15: 1 to 50: 1. A more preferred weight ratio is 17: 1.
[0014]
As described above, a magnetic sheet with flexibility, resilience, and residual stress is realized by combining a magnetic material, a resin containing polycarbonate polyurethane, polyester polyurethane or polyether polyurethane, and a compound having an isocyanate group. it can.
[0015]
By kneading the magnetic material with the lacquer solution containing the resin and the organic solvent, the resin uniformly wraps the magnetic material, and the rigidity of the rare earth sheet magnet as a molded product can be further increased while ensuring the strength.
[0016]
Further, since the organic solvent used to obtain the fluidity of the kneading composition has volatility, even when an organic solvent is added in the production of the sheet magnet, the organic solvent is volatilized later by volatilizing the organic solvent. The content of the magnetic material in the molded product can be higher than that of the conventional sheet magnet.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a sheet magnet according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a perspective view showing a rare earth sheet magnet of the present invention incorporated in a small motor, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. Note that hatching of the cross section of the housing is omitted for clarity of the drawings.
[0019]
The sheet magnet 1 in FIGS. 1 and 2 is a molded product manufactured by a manufacturing method described later. The figure shows a state in which the sheet magnet 1 is bent into a cylindrical shape by a known method and inserted into a cylindrical housing 3.
[0020]
According to the present inventor, the sheet magnet used for a small motor or the like is flexible in consideration of the assemblability, and the molded product has a somewhat high Young's modulus of the sheet magnet, and a predetermined time has elapsed after assembling. It has been confirmed that a material that does not reduce the residual stress is desirable. Preferably, it was confirmed that a sheet magnet having a Young's modulus of 3.0 kg / mm 2 or more, more preferably 20 kg / mm 2 or more, 50 kg / mm 2 or less, and a residual stress of 45% or more is desirable. Here, the residual stress is a value obtained by dividing the stress after maintaining the sheet magnet in a state of being pulled by 5% in the longitudinal direction for 10 minutes, by the stress at the time of being pulled by 5%.
[0021]
When the Young's modulus is less than 3.0 kg / mm 2 , even when the sheet magnet is bent by a predetermined amount, a sufficient repulsive force is not generated and the assembling property is not good. On the other hand, when the Young's modulus is greater than 50 kg / mm 2 , the load for bending the sheet magnet by a predetermined amount increases, which causes an increase in the size of the assembling apparatus.
[0022]
Further, when the residual stress is smaller than 45%, there is a possibility that the magnet sheet is separated from the motor housing.
[0023]
Next, a method for manufacturing the rare earth sheet magnet of the present invention will be described. FIG. 3 shows a flow of a method for manufacturing a rare earth sheet magnet. As shown in the figure, it is composed of a lacquer production step → first kneading step → second kneading step → adhering step → drying step → peeling step → rolling step → crosslinking step → cutting step. Hereinafter, each step will be described. In the present invention, the sheet magnet has a thin plate shape and a thickness of 1.5 mm or less.
[0024]
First, in a lacquer preparation step of preparing a lacquer solution, a polycarbonate polyurethane, polyester polyurethane or polyether polyurethane resin is mixed with a mixed solution of methyl ethyl ketone (hereinafter, referred to as MEK), which is an organic solvent, and toluene at a weight ratio of 1: 1. Dissolve to make a lacquer solution. As the organic solvent, acetone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, and the like can be used. Further, the resin to be used may be one containing at least one of polycarbonate polyurethane, polyester polyurethane and polyether polyurethane.
[0025]
The first kneading step is a step of kneading a spherical rare earth magnet powder (magnetic material) produced by a conventionally known gas atomizing method and a lacquer solution produced in the lacquer producing step.
[0026]
The magnetic material produced by the gas atomization method is a spherical powder, so that an isotropic magnet can be produced, and the surface area of the magnetic powder is smaller than that of the acicular powder, and the resin to be kneaded can be reduced. Can be.
[0027]
The lacquer solution only needs to have such a viscosity that a strong shearing force acts on the magnetic material or the like during the kneading operation and enables the lacquer solution and the rare earth magnet powder to be dispersed and mixed. If the viscosity is insufficient, the kneaded composition cannot be uniformly dispersed and mixed, and not only does the adhesion between the magnet powder and the resin deteriorate, but also the resin cannot cover the entire magnet powder uniformly, so the strength of the sheet magnet decreases. And rust may be generated on the exposed portion of the magnet.
[0028]
For kneading, an automatic mortar, a kneading extruder, a pressure kneader, a Banbury mixer and the like can be appropriately used.
[0029]
The weight ratio between the resin and the magnet powder contained in the lacquer solution is preferably from 1:15 to 1:50. If the ratio of the magnet powder is larger than 50, the molded sheet magnet cannot have sufficient flexibility. On the other hand, if the ratio of the magnet powder is smaller than 15, the flexibility of the sheet magnet can be increased, but sufficient magnetic force cannot be obtained.
[0030]
In the second kneading step, a mixed solution of MEK and toluene used in the lacquer preparation step and an isocyanate compound as a crosslinking agent are added to the kneading composition prepared in the first kneading step, and a resin or / and an organic solvent are added. After changing the characteristics, the mixture is further kneaded. Changing the characteristics means, for example, reducing the viscosity of the kneading composition, promoting crosslinking by adding a crosslinking accelerator, and the like.
[0031]
Examples of the isocyanate compound include diphenylmethane diisocyanate (Diphenylmethane-4,4′-diisocyanate), tolylene diisocyanate (2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate), hexamethylene diisocyanate (Hexamethylene polydiene diisocyanate) Isocyanate (Polymethylenepolyphenyl polyisocyanate) or the like can be appropriately used.
[0032]
The second kneading step is a step for reducing the viscosity of the kneading composition produced in the first kneading step. In the adhering step described later, the kneading composition flows on the member to be adhered and is flattened. This is to give such viscosity. Therefore, it is suitable for the case where the kneading composition is applied in the adhesion step described later. It is desirable that the viscosity is appropriately changed depending on the application method and speed.
[0033]
Further, in the attaching step, an adherend such as a PET film whose surface is coated with a release agent is prepared, and the kneading is performed in the second kneading step using a coating device of a conventionally used applicator coater. The composition is applied to the surface of the adherend in a predetermined thickness.
[0034]
Here, a silicone resin, a fluorine resin, paraffin, or the like can be used as the release agent. The adherend is not limited to a PET film, but may be a film-like member such as PE, PP, or PEN, or various plate-like members. In other words, any member can be used as long as it can adhere the kneading composition and can be peeled off from the kneading composition.
[0035]
In the above-mentioned attachment step, application was performed by an applicator coater, but an immersion method of immersing in a solution of the kneading composition and attaching to the adherend may be used. That is, the present invention is not limited to the above-described adhesion method as long as the kneading composition can be adhered to the adherend with a uniform thickness.
[0036]
Thereafter, in a drying step, the adherend to which the kneading composition has adhered is dried, and an organic solvent such as MEK or toluene is volatilized. Therefore, the magnet filling rate in the kneading composition to be a sheet magnet can be increased, and a decrease in magnetic force due to the addition of the organic solvent can be prevented.
[0037]
Next, in the peeling step, the adherend is peeled from the dried kneading composition to obtain a sheet-like sheet magnet having a predetermined thickness.
[0038]
In the rolling step, the sheet magnet is processed to a predetermined thickness while increasing the density of the magnetic material via a calender roll or the like. Further, the effect of increasing the flexibility of the sheet magnet can be obtained through the rolling step.
[0039]
In the crosslinking step, the sheet magnet is heated by a known method to promote crosslinking of the sheet magnet.
[0040]
In the final cutting step, the crosslinked sheet magnet is cut into a predetermined size to produce a rare earth sheet magnet.
[0041]
In the above example, the order of the crosslinking step and the cutting step is, but the order of the crosslinking step and the cutting step may be interchanged. Specifically, the cutting step may be performed before the cross-linking step where processing such as cutting is easier, and then the cross-linking step may be performed.
[0042]
In the above method, the rolling step is provided after the peeling step, but can be omitted as appropriate in cases where it is not necessary to increase the density or adjust the thickness.
[0043]
Further, in this embodiment, an example has been described in which the magnet is used as a magnet for a small motor. However, the present invention is not limited to this embodiment, and can be applied to, for example, a magnet for a magnetic detection sensor. That is, since the sheet magnet according to the present embodiment can be attached to a place having a radius of curvature of 20 mm or less, the constraint condition is relaxed, and the degree of freedom of the attachment position in equipment such as a machine tool can be increased.
[0044]
【Example】
(Examples 1 to 3)
A polycarbonate polyurethane as a resin is dissolved in a 1: 1 mixed solution of methyl ethyl ketone (hereinafter, referred to as MEK) and toluene (hereinafter, referred to as a mixed solvent) to prepare a lacquer solution having a concentration of 20% by weight. A magnetic material composed of NdFeB powder produced by a gas atomizing method was mixed and kneaded in an automatic mortar (ANM1000 manufactured by Aichi Electric Machinery Works) for 30 minutes. Specifically, about 4.3478 g of a polycarbonate polyurethane, 20 g of a mixed solvent, and 100 g of a magnetic material were charged and kneaded.
[0045]
Further, a mixed solvent was added so that the lacquer concentration of the kneaded composition became 12 wt%, and 15 wt% of a crosslinking accelerator (isocyanate compound) was added and kneaded for 10 minutes to obtain a magnetic paint. Specifically, about 0.6522 g of an isocyanate compound was charged. Here, the resin component in the lacquer solution is about 5 g composed of a predetermined resin (4.3478 g) and a cross-linking material (0.6522 g), and the magnetic material is 100 g. Therefore, the weight ratio between the resin and the magnetic material in the lacquer solution is about 1:20.
[0046]
The magnetic paint prepared above was applied to a silicone resin-coated PET film (Therapy Co., Ltd., Toyo Metallizing Co., Ltd., thickness: 75 μm) using an applicator coater (manufactured by TDK Corporation) and dried. Thereafter, the PET film was peeled off and rolled at a linear pressure of 252 kg / cm using a commercially available rolling device to obtain a sheet magnet having a thickness of 0.5 mm.
[0047]
Thereafter, after performing a crosslinking step of heating at 120 ° C. for 6 hours to promote crosslinking, the sheet magnet was cut into a sample of a predetermined size.
[0048]
The samples of Examples 1 to 3 were all prepared by the above-described method, except that the mixing ratio of the composition of the polycarbonate polyurethane resin as the binder was changed, and the resin glass transition temperature and the resin softening point were different. Have different values.
[0049]
Specifically, the polycarbonate polyurethanes A to C used in Examples 1 to 3 are Nipporan 5230, Nipporan 5199, and Nipporan 5196 manufactured by Nippon Polyurethane Co., Ltd., respectively.
(Examples 4 to 7)
The polyester polyurethane (Examples 4 to 6) and the polyether polyurethane (Example 7), which are resins, are sheet magnet samples having a thickness of 0.5 mm and manufactured by the same method as in Examples 1 to 3. The sheet magnets used in Examples 4 to 6 were obtained by changing the mixing ratio of the composition of the polyester polyurethane resin as the binder, and had different values for the resin glass transition temperature and the resin softening point.
[0050]
Specifically, the polyester polyurethanes A to C used in Examples 4 to 6 are Nipporan 3116 of Nippon Polyurethane Co., Ltd., UR8700 of Toyobo Co., Ltd., and Nipporan 2304 of Nippon Polyurethane Co., Ltd., respectively. The polyether polyurethane A used in Example 7 is Nipporan 5232 of Nippon Polyurethane Co., Ltd.
(Comparative Example 1)
A resin, NBR, is dissolved in a 1: 1 mixed solution of MEK and toluene (hereinafter, referred to as a mixed solvent) to prepare a lacquer solution having a concentration of 20% by weight, and then a magnetic material composed of spherical NdFeB powder prepared by a gas atomizing method. The materials and the lacquer solution were mixed and kneaded for 30 minutes in an automatic mortar (ANM1000 manufactured by Aichi Electric Machinery Works). Specifically, about 4.96 g of NBR, 20 g of the mixed solvent, and 100 g of the magnetic material were charged and kneaded.
[0051]
Further, a mixed solvent is added so that the lacquer concentration of the kneading composition becomes 12 wt%, and 2,5-dimethyl-2,5-di-t-butylperoxyhexane is used as a crosslinking agent at 0.8 wt% with respect to the resin. As a crosslinking accelerator, MgO was added to the resin in an amount of 1.5 wt%, and ZnO was added to the resin in an amount of 4.0 wt%, and kneaded for 30 minutes to obtain a magnetic paint. Specifically, about 0.0397 g of MgO was charged. Here, the resin component in the lacquer solution is 5 g composed of NBR (about 4.96 g) and a cross-linking material (0.0397 g), and the magnetic material is 100 g. Therefore, the weight ratio between the resin and the magnetic material in the lacquer is about 1:20.
[0052]
The magnetic paint prepared as described above was applied to a silicone resin-coated PET film (Toyo Metallizing Co., Ltd. Therapy, thickness 75 μm) using an applicator coater (manufactured by TDK) and dried. Thereafter, the PET film was peeled off and rolled at a linear pressure of 252 kg / cm to obtain a sheet magnet having a thickness of 0.5 mm. Subsequently, a crosslinking promoting treatment of heating at 180 ° C. for 1 hour was performed, and finally, a molded product was cut into a predetermined size to obtain a sheet magnet sample.
(Comparative Examples 2-3)
The polyester polyurethane (Comparative Examples 2 to 3), which is a resin, is a sheet magnet sample having a thickness of 0.5 mm manufactured by the same method as in Examples 1 to 7. The sheet magnets used in Comparative Examples 2 and 3 were obtained by changing the mixing ratio of the composition of the polyester polyurethane resin as the binder, and had different values for the resin glass transition temperature and the resin softening point. Specifically, the polyester polyurethanes D and E used in Comparative Examples 2 and 3 are Nipporan 3022 and Nipporan 3113 of Nippon Polyurethane Co., Ltd., respectively.
[0053]
Table 1 below shows the results of Comparative Examples and Examples.
[Table 1]
The sample of the sheet magnet used in each of the examples and the comparative examples has a size of 100 mm × 600 mm and a thickness of 0.5 mm.
[0054]
The measurement was performed by the following method. The Young's modulus is a value calculated from the stress when the 0.5% sample elongates, with the tensile speed being 10% / min. The residual stress was a value obtained by measuring the stress 10 minutes after the sample was pulled and stopped after standing at 5% and divided by the stress when the sample was pulled 5%. The resin glass transition temperature was measured by a vibron method. The resin softening point was measured according to JIS-K7206.
[0055]
In the sheet magnets of Examples 1 to 3, the resin glass transition temperature is in the range of -27C to -33C, and the resin softening point of the polycarbonate polyurethane resin is in the range of 90C to 130C.
[0056]
As shown in Table 1, the sheet magnets produced, respectively the Young's modulus is 36.0kg / mm 2, 35.0kg / mm 2, a 26.8 kg / mm 2. Therefore, if the sheet magnet is bent when assembled in the motor housing, an appropriate repulsive force is generated and workability is good. Residual stresses are 49%, 50%, and 51%, respectively, and there is an appropriate repulsive force even after a certain period of time after the assembly, so that the sheet magnet after the assembly can be prevented from falling off.
[0057]
In the sheet magnets of Examples 4 to 7, the glass transition temperatures of the polyester polyurethane resin and the polyether polyurethane are in the range of -22 ° C to -49 ° C, and the resin softening point is in the range of 23 ° C to 75 ° C. Things.
[0058]
It ranges Young's modulus of 3.0kg / mm 2 ~15.0kg / mm 2 as shown in Table 1, although small compared to the Examples 1 to 3, generate the required sufficient repulsive force during assembly I do. Further, since the residual stress is 48% to 53%, the shape at the time of assembly is maintained, and it is possible to prevent the sheet magnet from falling off due to peeling or the like. Therefore, it can be said that it is suitable for a sheet magnet for a small motor.
[0059]
Comparative Example 1 is a sheet magnet using NBR resin. Since the Young's modulus of the sheet magnet is 0.9 kg / mm 2 , the sheet magnet does not provide a sufficient repulsive force even when bent. Therefore, the bending for assembling to the cylindrical motor housing is easy, but the repelling force generated by the bending is small, so that the assembling workability is not good.
[0060]
On the other hand, since the residual stress is 13%, the assembling force to the motor housing is reduced with the passage of time, and there is a possibility of peeling from the housing.
[0061]
Comparative Examples 2-3 are sheet magnets using a polyester polyurethane resin having a resin glass transition temperature in the range of -32 ° C to -36 ° C and a resin softening point in the range of 160 ° C to 180 ° C.
[0062]
For Comparative Examples 2 and 3, Young's modulus 43.4 kg / mm 2, a 31.4 kg / mm 2, the repulsive force when bent is generated, resulting in broken without elongation to 5% Not flexible. Therefore, it is not suitable for sheet magnets for small motors.
[0063]
The sheet magnets of Examples 1 to 3 using a polycarbonate polyurethane resin having a resin glass transition temperature of −27 ° C. to −33 ° C. and a resin softening point of 90 ° C. to 130 ° C. ensure flexibility. In addition, since it has an appropriate Young's modulus and residual stress, it is understood that it is suitable for use of small components such as small motors.
[0064]
The sheet magnets of Examples 4 to 7 using polyester polyurethane resin and polyether polyurethane having a resin glass transition temperature in the range of -22 ° C to -49 ° C and a resin softening point in the range of 23 ° C to 75 ° C are: Although the Young's modulus is lower than those of Examples 1 to 3, the repulsive force required for assembling is generated sufficiently and sufficiently. Therefore, it can be seen that it has flexibility, repulsion and residual stress, and is suitable for use in small components such as small motors.
[0065]
Regarding NdFeB as the rare earth-based material used in the above embodiments, Pr, La, Ce, Sm, Pm and the like can be appropriately used as a substitution element of Nd, and Co, Ni, Mn, Cu and the like are used as a substitution element of Fe. Can be used, and Si, P, C, N, etc. can be appropriately used as a substituting element for B.
[0066]
In addition to MEK, acetone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone and the like can be used as the organic solvent.
[0067]
Further, in addition to the crosslinking agent, for example, for the purpose of improving the wettability between the magnetic material and the resin, an additional additive may be added according to the physical property value required for the sheet magnet or the material used for manufacturing the sheet magnet. .
[0068]
Although a PET film or the like is used as the adherend, a film-like member such as PE, PP, or PEN, or various plate-like members can be used.
[0069]
The invention may be embodied in many forms without departing from its essential characteristics. Therefore, it is needless to say that the above-described embodiments are merely for explanation and do not limit the present invention.
[0070]
【The invention's effect】
The sheet magnet of the present invention containing a magnetic material, a resin containing at least one of polycarbonate polyurethane, polyester polyurethane, and polyether polyurethane as a binder, and an isocyanate compound as a crosslinking agent has sufficient flexibility and resilience. And a sheet magnet in the form of a thin plate having residual stress.
Therefore, a sheet magnet suitable for a small component such as a small motor can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a state where a sheet magnet manufactured by a method of the present invention is incorporated in a housing of a small motor.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 3 is a view showing a process flow of the manufacturing method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 sheet magnet 3 motor housing
