JP2005160231A - リラクタンス回転機の磁性部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 スイッチトリラクタンスモータ６１０の鉄損を低減し、機械的強度の向上を図り、これによってモータ効率および回転数を向上して出力を上昇する。
【解決手段】 回転子６１１および固定子６１２は、非晶質金属磁性材料から成る板状体６１８の片面に耐熱性熱可塑性樹脂から成る被膜６１９が塗布されて構成される磁性基材６１７を積層して構成された積層体１３から成る。非晶質金属磁性材料は、一般式
（Ｆｅ_{（１−α）}Ｃｏ_α）_{１００−ａ−ｂ}Ｘ_ａＹ_ｂ
式中のＸは、Ｓｉ，Ｂ，ＣおよびＧｅから成るグループから選ばれる少なくとも１種類以上の元素を表し、
Ｙは、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｉ，Ｐ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｍｎおよび希土類元素から成るグループから選ばれる少なくとも１種類以上の元素を表し、
ａ，ｂは、原子％を表し、
０≦α≦０．３、
１０＜ａ≦３５、
０≦ｂ≦３０
である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リラクタンス回転機の回転子および固定子などを含む磁気回路に設けられる磁性部材に関し、たとえばスイッチトリラクタンスモータおよびスイッチトリラクタンスジェネレータなどのリラクタンス回転機の構成に関する。

国内の全消費電力のうち約半分は、モータによる消費電力である。モータの高効率化は、電力消費量低減、発電に伴う、二酸化炭素等の地球温暖化ガスの排出量低減に繋がり、社会的に意義が大きい。また、モータは種々の機器に組み込まれ、特に、機器の小型化、高出力化に伴い、モータも小型化、高出力化が要求されている。このような用途においては、モータを高速回転化させることにより、小型化、高出力化が図られている。高速回転型のモータとしては、マイクロガスタービン技術に代表されるようなタービンに直結したモータ（電動機）、ジェネレータ（発電機）や、移動体（自動車、２輪自動車、自転車）の駆動用モータ、アトマイザ用モータ、空気調和機ファン用モータ、コンプレッサ用モータ、産業用ロボットなどの制御用モータなどの駆動用モータ、モバイル機器用のハードディスクドライブ用スピンドルモータ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ用モータ、ＤＶＤ−ＲＯＭ用モータ、歯科技工用マイクロモータ等がある。このような高速回転型モータとして、具体的には、回転子が鉄心のみで構成でき、頑強な構造が実現できるスイッチトリラクタンスモータなどが適しており、電磁鋼板材料として珪素鋼板などが使用されている。このようなモータもしくはジェネレータの回転数は、概ね５０００ｒｐｍ〜１０^５ｒｐｍ程度の高速回転での仕様が求められ、印加磁界の励磁周波数は、５００Ｈｚから５ｋＨｚ程度、出力は数Ｗ〜数百ｋＷ程度である。

小型化、高速回転化すると、回転数の増大とともに、印加磁界の励振周波数の２乗に比例する渦電流損失が増大し、損失エネルギの密度が上がり、モータの温度上昇が大きくなり、かつ、体積あたりの放熱面積が少なくなり、放熱が難しくなるため、損失の少ない材料が必要である。このようなスイッチトリラクタンスモータを含む高速回転型モータ、ジェネレータ用磁性材料としては、珪素鋼板では、高速回転時に、引張強さ以上の強い応力が回転子に印加されると、変形や破壊などが生じ、さらなる高強度化が求められている。

このような磁性材料の課題を解決するために、スイッチトリラクタンスモータなどの高速回転型モータに、珪素鋼板に比べて、損失が極めて少なく、機械的強度に優れた非晶質金属材料を用いて高速回転時の鉄損を減少させることができるスピンドル装置は、特許文献１において開示されているが、非晶質金属の積層、熱処理などの具体的構成は、言及されていない。

また、特許文献２においては、非晶質金属から成るストリップを積み重ねてアニール処理を施し、その後にエポキシ樹脂を含浸して高温度１２０℃で約４．５時間にわたって硬化させ、積層体を作製している。この従来技術では、アニール後にエポキシ樹脂を含浸硬化させると、硬化時の収縮応力により、磁気特性が著しく劣化し、損失が増大する場合がある。そのため、スイッチトリラクタンスモータ等の高速回転モータの鉄損の低減、回転子、固定子等のモータの効率、出力向上において不充分であるといった問題がある。

特開平８−１４９７７５ 特表２００２−５３００４２

本発明は、鉄損を低減し、機械的強度の向上を図るリラクタンス回転機の磁性部材、その磁性部材を備えるリラクタンス回転機、その磁性部材の製造方法および積層体を提供することである。

このような課題を解決するために、従来からの耐熱性樹脂の物性を見直し、さらに積層接着、熱処理のプロセスを見なおし、そして、鋭意研究の結果、用いる耐熱性樹脂の物性値およびその値が本発明の範囲の耐熱性熱可塑性樹脂を選ぶことにより、非晶質金属薄帯製板状体を、前記耐熱性熱可塑性樹脂を介在して積層接着した後、熱処理が可能となり、磁気特性が著しく向上し、かつ極めて強い、機械的強度のリラクタンス機械の磁性部材および積層体を提供することができる。さらに、本発明の磁性部材を用いるリラクタンスモータまたはリラクタンスジェネレータでは、回転子および固定子構造を本発明の寸法比とすることで、電動機または発電機としての電気的特性をさらに向上し、高効率化できる。

本発明は、非晶質金属磁性材料から成る板状体の間に、耐熱性熱可塑性樹脂が介在されて積層されることを特徴とするリラクタンス回転機の磁性部材である。

また本発明は、非晶質金属磁性材料から成る板状体の片面または両面に、耐熱性熱可塑性樹脂から成る被膜を形成して基材を得、
前記基材を、複数枚積層し、
この積層した状態で、１〜５００ＭＰａで加圧しつつ、２００〜５００℃で加熱することを特徴とするリラクタンス回転機の磁性部材の製造方法である。

本発明は、リラクタンス回転機、たとえばスイッチトリラクタンスモータ、スイッチトリラクタンスジェネレータ、シンクロナスリラクタンスモータ、シンクロナスリラクタンスジェネレータなどのような電動機および発電機に好適に実施され、回転子および固定子などを含む磁気回路の少なくとも一部に、アモルファス金属磁性材料を用いる。この材料は、従来からモータ、ジェネレータなどに用いられている珪素鋼板に比べて、モータ、ジェネレータの薄形、小型化を図ることができる。本発明の実施の形態では、従来の珪素鋼板よりも遥かに薄い非晶質金属磁性材料である磁性金属薄帯製である板状体を含む。このような磁性特性を高度に発現するには、アニーリング、すなわち焼鈍を行う必要があり、このアニーリングを行うと、非晶質金属磁性材料は脆くなり、力学的強度が低下する。この問題を解決するために本発明では、耐熱性熱可塑性樹脂を接着剤として用いる。耐熱性熱可塑性樹脂は、接着剤として優れており、この樹脂を前記板状体の片面または両面に、たとえば塗工して磁性基材を構成し、この基材を複数枚重ねて積層体とし、この積層体をリラクタンス回転機の磁性部材として用いる。

また本発明は、前記非晶質金属磁性材料は、一般式
（Ｆｅ_{（１−α）}Ｃｏ_α）_{１００−ａ−ｂ}Ｘ_ａＹ_ｂ
式中のＸは、Ｓｉ，Ｂ，ＣおよびＧｅから成るグループから選ばれる少なくとも１種類以上の元素を表し、
Ｙは、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｉ，Ｐ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｍｎおよび希土類元素から成るグループから選ばれる少なくとも１種類以上の元素を表し、
ａ，ｂは、原子％を表し、
０≦α≦０．３、
１０＜ａ≦３５、
０≦ｂ≦３０
であることを特徴とする。

また本発明は、前記耐熱性熱可塑性樹脂は、１２０℃で４時間乾燥を施し、その後、窒素雰囲気下、３００℃で１時間保持した際の重量減少率が１重量％以下であることを特徴とする。

また本発明は、前記耐熱性熱可塑性樹脂は、窒素雰囲気下、３００℃、２時間の熱履歴を経た後の引張強度が３０ＭＰａ以上であることを特徴とする。

また本発明は、前記耐熱性熱可塑性樹脂は、ガラス転移温度が１２０〜２５０℃であり、
溶融粘度が１０^５Ｐａ・ｓである温度が、２５０℃以上、４００℃以下であり、
４００℃から１２０℃まで０．５℃／分の一定速度で降温した後、樹脂中の結晶物による融解熱が１０Ｊ／ｇ以下であることを特徴とする。

また本発明は、回転子および固定子の少なくとも一方は、前述の磁性部材から成ることを特徴とするリラクタンス回転機である。

また本発明は、回転子および固定子を含む磁気回路は、前述の磁性部材から成り、
固定子の外径Ｅに対する回転子の突極および固定子の突極間の空隙ｇの比は、１／１０００以上、１／３００以下であることを特徴とするリラクタンス回転機である。

また本発明は、回転子の突極幅Ｆに対する回転子の突極長さの比は、０．４以上、０．５５以下であり、
固定子の突極長さに対する固定子の突極幅Ｃの比は、０．２以上、０．６以下であり、
回転子の突極幅Ｆに対する固定子の突極幅Ｃの比は、０．６以上、１以下であり、
固定子の外輪幅Ｃに対する固定子の突極幅の比は、０．６以上、０．９以下であることを特徴とする。

前述の耐熱性熱可塑性樹脂の代りに、耐熱性非熱可塑性樹脂または耐熱性熱硬化性樹脂を用いることもできる。

また本発明は、非晶質金属磁性材料から成る板状体の間に、耐熱性熱可塑性樹脂が介在されて積層されることを特徴とする積層体である。

本発明によれば、リラクタンス回転機の磁性部材を用い、さらに本発明の寸法比を有する構造とすることにより、モータおよびジェネレータの磁性積層体の損失低減による大幅なエネルギ変換効率の向上、機械的強度向上によって回転数を上昇することができるようになり、これによって出力向上を実現することが可能となる。

本発明は、リラクタンス回転機の磁気回路に関連して実施されるだけでなく、そのほかの多くの技術分野で磁性材料として、本発明の積層体を実施することができる。

図１は、本発明の実施の一形態のスイッチトリラクタンスモータ６１０の回転子６１１と固定子６１２とを示す正面から見た断面図である。図２は、図１に示されるスイッチトリラクタンスモータ６１０の軸線６１４に沿う縦断面図である。

スイッチトリラクタンスモータ６１０は、突極型の回転子６１１を有し、この回転子６１１の周囲に、周期的な磁界を発生させる突極型の固定子６１２を有している。この実施の形態では固定子６１２が６極の突部６１６、回転子６１１が４極の突部６１５をもつ突極構造であるが、その倍数である１２極８極、１８極１２極など、あるいは、８極６極、１６極１２極など数々の突極数の組合せが可能である。回転子６１１、固定子６１２ともに、後述の磁性基材６１７または６２４から成る積層体１３から構成されている。回転子６１１が固定された回転軸６２１は、軸線６１４を有し、この回転軸６２１は、軸受６２２を介してケース６３０に支持される。固定子６１２には、コイル６１３が後述のように設けられる。固定子６１２の突極６１６には短節の集中巻線が施されるが、あるいは、長節の分布巻線が施され、相互インダクタンスの変化を利用する方式であってもよい。回転子６１１、固定子６１２の突極６１５，６１６の数は奇数であってもよく、また、極数が等しい値であってもよい。図１および図２に示されるモータ６１０の回転子６１１および固定子６１２を構成する磁性積層体１３について、以下に説明する。

図３は、本発明の実施の一形態の回転子６１１および固定子６１２の製造方法を示すフローチャートである。先ずステップｓ１では、図４および図５に示される板状体６１８を準備する。この板状体６１８は、非晶質金属薄帯製板状体６１８から成る。

図４は、磁性積層体１３を構成する単一枚の磁性基材６１７の一部の断面図である。図３のステップｓ１において、この基材６１７を構成する非晶質金属磁性材料から成る板状体６１８を準備し、ステップｓ２で板状体６１８の片面に耐熱性熱可塑性樹脂から成る被膜６１９が形成される。この基材６１７が図４の上下に積重ねられて積層され、こうして各板状体６１８の相互の間に、前述の耐熱性熱可塑性樹脂から成る被膜６１９が介在されて、積層体１３が構成される。

図５は、本発明の実施の他の形態の磁性基材６２４の断面図である。図５に示される基材６２４は、図４に示される基材６１７と同様に板状体６１８の一方の表面に被膜６１９が形成され、他方の表面に被膜６２５が形成される。こうして板状体６１８の両面に同一蘇生を有する被膜６１９，６２５が形成されて、単一枚の基材６２４が構成される。積層体１３は、複数枚の基材６２４が積み重ねられて構成される。以下の説明では、主として図４の磁性基材６１７に関連して述べるが、このことは図５の磁性基材６２４に関しても同様である。

（磁性基材６１７の磁性金属材料）
本発明の磁性基材６１７を構成する板状体６１８に使用される非晶質金属薄帯製板状体６１８としては、Ｆｅ系、Ｃｏ系の非晶質金属薄帯製板状体６１８が用いられる。Ｆｅ系非晶質金属材料としては、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｐ−Ｃ系などのＦｅ−半金属系非晶質金属材料や、Ｆｅ−Ｚｒ系、Ｆｅ−Ｈｆ系、Ｆｅ−Ｔｉ系などのＦｅ−遷移金属系非晶質金属材料を挙げることができる。Ｃｏ系非晶質金属材料としてはＣｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｂ系などの非晶質金属材料が例示できる。これらの中でも特にＦｅ系アモルファス金属は、最大磁束密度が比較的大きく、モータ６１０のトルクが大きくできるため、好ましい。次の一般式で示されるものが好適に用いられる。
（Ｆｅ_{（１−α）}Ｃｏ_α）_{１００−ａ−ｂ}Ｘ_ａＹ_ｂ …（１）

式中のＸは、Ｓｉ，Ｂ，ＣおよびＧｅから成るグループから選ばれる少なくとも１種類以上の元素を表し、
Ｙは、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｉ，Ｐ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｍｎおよび希土類元素から成るグループから選ばれる少なくとも１種類以上の元素を表し、
ａ，ｂは、原子％を表し、
０≦α≦０．３、
１０＜ａ≦３５、
０≦ｂ≦３０
である。

前述の一般式１におけるα＝ｂ＝０である非晶質金属磁性材料Ｆｅ_７８Ｓｉ_９Ｂ_１３（原子％）は、飽和磁束密度が１．５６Ｔであって、好適に用いられる。またＦｅ_６６Ｃｏ_１８Ｂ_１５Ｓｉ_１（原子％）は、飽和磁束密度が１．８Ｔであり、好適に用いられる。飽和磁束密度が大きいと、モータのより一層の小型化、高出力化が可能となり、好ましい。

非晶質金属薄帯製板状体６１８は、非晶質金属材料を液体急冷方法などによりシート状である板状体６１８に作製することができる。または粉末状の非晶質金属材料をプレス成形などによりシート状にしたものを使用することができる。また、非晶質金属薄帯製板状体６１８は、単一非晶質金属薄帯製板状体６１８を用いてもよいし、複数および多種類の非晶質金属薄帯製板状体６１８を重ねたものを用いることができる。

（磁性基材６１７の樹脂）
ステップｓ２では、前述のように、板状体６１８の図４に示される片面に、または図５に示される両面に、被膜６１９，６２５を形成して付与する。本発明に用いられる被膜６１９を形成する樹脂は、非晶質金属薄帯製板状体６１８と交互に積層され一体化することのできる樹脂を用いることができる、熱可塑性、非熱可塑性、熱硬化性樹脂を挙げることができるが、中でも熱可塑性樹脂を用いるのが好ましい。

前記非晶質金属薄帯製板状体６１８の少なくとも一部に熱可塑性樹脂から成る被膜６１９を付与した後、もしくは熱可塑性樹脂の前駆体を付与し該樹脂を形成した後、この基材６１７を積層し、非晶質金属薄帯製板状体６１８に被膜６１９が形成された磁性基材６１７から成る積層体１３を得ることができる。被膜６１９の材料として熱可塑性樹脂を用いた場合には、樹脂化して基材を使用できるため、室温でタック性がなく、また安定であるため、取り扱いが簡便であり、積層時の作業性がよく工程の歩留まりが向上できるメリットがある。

非晶質金属薄帯製板状体６１８は２００〜５００℃、好ましくは３００〜５００℃で熱処理することで、磁気特性が大きく向上する特性がある。しかしながら、熱処理後は薄帯製板状体６１８が脆弱化する問題があるため、熱処理した薄帯製板状体６１８のみを取り扱うことは工業的に問題がある。そこで、非晶質金属薄帯製板状体６１８を積層する際、用いられる樹脂を上記熱処理に耐え得る耐熱性を有する樹脂を用いることで、積層体１３のままで、非晶質金属薄帯製板状体６１８の磁気特性を向上させる熱処理を実施することが可能となる。

熱可塑性の耐熱性樹脂としては、前処理として１２０℃で４時間乾燥を施し、その後、窒素雰囲気下、３００℃で１時間保持した際の重量減少量を、ＤＴＡ−ＴＧ（示差熱・熱重量同時測定装置）を用いて測定し、重量減少率が１％以下、好ましくは０．３％以下であるものが用いられる。重量減少率は、前処理を含めた加熱前の重量をＷ１とし、加熱後の重量をＷ２とするとき、（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１で表わされる。具体的な樹脂としては、ポリイミド系樹脂、ケイ素含有樹脂、ケトン系樹脂、ポリアミド系樹脂、液晶ポリマ、ニトリル系樹脂、チオエーテル系樹脂、ポリエステル系樹脂、アリレート系樹脂、サルホン系樹脂、イミド系樹脂、アミドイミド系樹脂を挙げることができる。これらのうちポリイミド系樹脂、スルホン系樹脂、アミドイミド系樹脂を用いるのがさらに好ましい。

前記樹脂は、上記の耐熱性に加えて下記の特性（ａ）〜（ｄ）を兼ね備えている樹脂であることがさらに好ましい。
（ａ）窒素雰囲気下３００℃、２時間の熱履歴を経た後の引張強度が３０ＭＰａ以上である。
（ｂ）ガラス転移温度が１２０℃〜２５０℃である。
（ｃ）溶融粘度が１０^５Ｐａ・ｓである温度が、２５０℃以上、４００℃以下であり、さらに好ましくは３５０℃以下、さらに好ましくは３００℃以下である。
（ｄ）４００℃から１２０℃まで０．５℃／分の一定速度で降温した後、樹脂中の結晶物による融解熱が１０Ｊ／ｇ以下、１Ｊ／ｇ以上である。

窒素雰囲気下３００℃、２時間の熱履歴を経た本発明の耐熱性樹脂は、引張強度試験をＪＩＳ Ｋ７１２７またはＡＳＴＭ Ｄ−６３８に従って行なわれる。引張強度は、３０ＭＰａ以上、好ましくは５０ＭＰａ以上であり、１５０ＭＰａ以下である。引張強度がこの範囲外にあると、積層体としての機械強度を充分に得ることができない。耐熱性樹脂のガラス転移温度Ｔｇは、示差走査熱量計ＤＳＣ（島津ＤＳＣ６０）により測定される。Ｔｇは１２０℃以上であり、好ましくは４００℃以下で、さらに好ましくは２５０℃以下、さらに好ましくは２２０℃以下である。Ｔｇが高い場合には、磁気特性が劣化する等の問題がある。

耐熱性樹脂が熱可塑性の場合には、加熱により溶融させることができる。そして、高化式フローテスタ（島津ＣＦＴ−５００）を用いて溶融粘度を測定し、溶融粘度が１０^５Ｐａ・ｓ以下となる温度は、２５０℃以上であり、通常４００℃以下、好ましくは３５０℃以下、さらに好ましくは３００℃以下である。溶融粘度が１０^５Ｐａ・ｓ以上となる温度がこのような範囲にある場合に本発明の熱プレス接着が低温で可能であり、かつ接着特性に優れる効果を得ることができる。溶融粘度が低下する温度が高い場合には、接着不良等が発生する。用いる耐熱性樹脂の分子量および分子量分布は、特に限定されるものではないが、上記溶融粘度を満たすだけの分子量および分子量分布を有していることが好ましい。また、分子量が極めて小さい場合には塗工基材の樹脂被膜の強度および接着強度に影響を及ぼす恐れがあるので、樹脂を０．５ｇ／１００ミリリットルの濃度で溶解可能な溶剤に溶解した後の３５℃で測定した対数粘度の値が、０．２デシリットル／ｇ以上であることが好ましい。溶融粘度が１０^５Ｐａ・ｓ以上となる温度がこのような範囲にある場合に本発明の熱プレス接着が低温で可能であり、かつ接着特性に優れた効果を得ることができる。溶融粘度が低下する温度が高い場合には、接着不良等が発生する。

本発明の耐熱性樹脂を４００℃から１２０℃まで０．５℃／分の一定速度で降温した後、樹脂中の結晶物による融解熱が１０Ｊ／ｇ以下であり、好ましくは５Ｊ／ｇ以下、さらに好ましくは１Ｊ／ｇ以下である。このような範囲にある場合に本発明の接着性に優れた効果を得ることができる。

（樹脂のワニスとしての使用）
前記樹脂は、非晶質金属薄帯製板状体６１８の図４に示される片面または図５に示される両面の全面もしくは少なくとも一部に付与する。この場合、付与する面において均一にむらなく塗膜されることが好ましいが、たとえば、短冊状コアの場合、切断部分ではない部分等は加工時に接着強度が充分であればよく、非晶質金属薄帯製板状体６１８間の接着が得られるように部分的に耐熱性樹脂が付与されていればよい。また、積層体１３を形状加工する場合等で接着強度が必要となる場合には、薄帯製板状体６１８の片面または両面の全面に塗布されていることが望ましい。

粘度が、２００Ｐａ・ｓ以上になると、高粘度のため、非晶質金属薄帯製板状体６１８上に薄い塗膜を形成するための膜厚の制御が極めて難しくなる。したがって、樹脂を溶媒に溶解させた溶液による付与の場合、付与時の溶液粘度は０．００５〜２００Ｐａ・ｓの濃度範囲が好ましい。さらには、０．０１〜５０Ｐａ・ｓの濃度範囲が好ましく、より好ましくは、０．０５〜５Ｐａ・ｓの範囲にある方がよい。

（塗工方法）
前記樹脂を溶媒に溶解させた溶液の付与方法としては、コータを用いた方法、たとえば、ロールコータ法、グラビアコータ法、エアドクタコータ法、ブレードコータ法、ナイフコータ法、ロッドコータ法、キスコータ法、ビードコータ法、キャストコータ法、回転子リースクリーン法や、液状樹脂中に非晶質金属薄帯製板状体６１８を浸漬しながらコーティングする浸漬コーティング方法、液状樹脂を非晶質金属薄帯製板状体６１８にオリフィスから落下させコーティングするスロットオリフィスコータ法などで行うことができる。その他、バーコード方法や霧吹きの原理を用いて液状樹脂を霧上に非晶質金属薄帯製板状体６１８に吹き付けるスプレコーティング法や、スピンコーティング法、電着コーティング法、あるいはスパッタ法のような物理的な蒸着法、ＣＶＤ（化学的気相成長）法のような気相法など非晶質金属薄帯製板状体６１８上に被膜６１９，６２５として耐熱性樹脂を付与できる方法なら如何なる方法を用いてもよい。

付与した樹脂層から成る被膜６１９，６２５の厚さは、所望の厚みにすることができるが、モータ用途としては、より薄い樹脂被膜６１９，６２５にすることにより、磁性基材６１７，６２４の積層体１３の占積率を高くできるため好ましい。具体的には１μｍから１０μｍ程度が好ましく、より好ましくは１μｍ〜３μｍの範囲内であることが、高接着力と高占積率（８５％〜９３％）を両立でき好ましい。

（形状加工方法）
ステップｓ３では、磁性基材６１７，６２４の形状加工を行う。形状加工方法としては，シャーリング切断、金型プレス打抜き加工、フォトエッチング加工、打抜き加工、レーザ切断加工、放電ワイヤ切断加工、ウォータジェット加工などの方法により、所望の形状に切断する。特に、本磁性基材は、１枚〜１０枚程度の複数枚からなる積層体を金型打ちぬきにより加工することができる。また数十枚以上の磁性基材からなる直方体形状の積層体においては放電ワイヤカットやレーザ加工などの方法が、所望の形状に切断加工する上で好適に用いられる。さらに放電ワイヤカット時には、好ましくは積層体端面に導電性の接着剤を塗布し、積層間の金属材料を電気的に接続し、さらに塗布した導電性接着剤部分を放電ワイヤ加工機のグランド電極に接地することにより、放電電流が安定し、放電スパーク時のエネルギを精密に制御することが可能となり、積層体の層間の溶着の少ない加工面が得られ、かつ寸法精度の高い加工形状が得られる。

（磁性基材６１７，６２４から成る積層体１３の積層方法）
ステップｓ４では、基材６１７，６２４を積み重ねる。磁性基材６１７，６２４の積層体１３は、磁性基材６１７，６２４を複数枚積層し、たとえば熱プレスや熱ロールなどにより加圧しながら積層一体化することができる。

加圧時の温度は、被膜６１９，６２５を構成する耐熱樹脂の種類により異なるが、概ね、硬化物のガラス転移温度以上で軟化もしくは溶融する温度近傍で積層接着することが好ましい。

図６は、積層体１３を一体化する工程を説明するための構成を示す分解斜視図である。ステップｓ５では、積み重ねられた複数枚の基材６１７または６２４を積層して一体化する。この積層一体化工程では先ず、所望の積層枚数を重ねた複数枚の磁性基材６１７，６２４の群を、図６に示す２枚の平板金型１２ａ，１２ｂ（総括的に参照符１２で示す）でサンドイッチする。さらに、この磁性基材６１７，６２４の群をサンドイッチしたブロックを、図６の積層体１３のずれを防止する枠型１１に入れて積層一体化してもよい。

サンドイッチする平板金型１２としては、熱伝導度の高く、機械的強度の高い金属が好ましい。たとえばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０、ハイス鋼、純鉄、アルミニウム、銅などが好ましい。非晶質金属製板状体６１８を含む基材６１７，６２４に均等に圧力が印加できるよう平板金型１２の表面粗さは１μｍ以下で、平板の上下両面が平行になっていることが好ましい。さらに好ましくは平板金型１２の表面粗さが０．１μｍ以下の鏡面であることが好ましい。

（熱処理方法）
ステップｓ６では、積層一体化と、板状体６１８の磁気特性の発現のために、加圧、加熱を行う。非晶質金属薄帯製板状体６１８を含む基材６１７，６２４の積層体１３に用いる樹脂から成る被膜６１９，６２５に耐熱性の熱可塑性樹脂を使用することにより、非晶質金属薄帯製板状体６１８の磁気特性を向上させる熱処理を行うことができ、モータ特性を向上することができる。具体的には、モータ用回転子６１１および／または固定子６１２となる積層体１３を作製した後、固定ジグにセットして所望の熱処理を行う、または、曲げ加工した後、熱処理条件は所望する磁気特性により設定される。

図７は、積層体１３を加圧、熱処理するための熱プレス機の一部の構成を簡略化して示す断面図である。一対の熱板３１間には、平板金型１２を介して、さらに耐熱性弾性シートを介して、積層体１３がサンドイッチされる。積層体１３、耐熱性弾性シート２１は、枠型１１内に配置され、さらに一対の平板金型１２のうち、下の平板金型１２ａは、枠型１１内に配置され、上の平板金型１２ｂは、枠型１１内に厚み方向の一部分だけが配置され、こうして積層体１３には、圧縮力が作用される。一対の熱板３１による熱処理温度は２００〜５００℃の範囲で、好ましくは３００〜５００℃で行われ、大気中、窒素、アルゴン等の不活性ガス中もしくは真空中で行われる。板状体６１８が酸化による特性劣化が少ない金属材料であるときは、大気中での熱処理が好ましい。

磁性材料の熱処理温度は、少なくとも３００℃〜５００℃の高温であるため、耐熱性樹脂は、非晶質金属薄帯製板状体６１８の最適な磁気特性を発現させるために必要な熱処理温度に充分耐える耐熱性の高い樹脂を選択する必要がある。たとえば、比較例として、ポリエチレンなどの樹脂では３００℃以上の熱処理温度では分解が著しい。したがって、室温からの重量減少率が１％となる温度が空気中において３５０℃以上を持つ耐熱性樹脂を被膜６１９，６２５として磁性薄板から成る板状体６１８に付与した磁性基材６１７，６２４の積層体１３は３００℃〜５００℃の熱処理後も非晶質金属薄帯製板状体６１８との接着強度が保たれるとともに、磁性薄板から成る板状体６１８の最適熱処理温度で熱処理することができるため優れた磁気特性を供することができる。また、電動機用磁性コアのような積層構造にする場合、高い機械強度が要求され、磁性薄板から成る板状体６１８間の高い密着性を実現する点から、被膜６１９，６２５を構成する耐熱性樹脂は、熱硬化性樹脂よりも非熱硬化性樹脂、たとえば熱可塑性の耐熱性樹脂を用いることが好ましい。この加熱処理時の熱プレス機による積層体１３に作用する圧力は、１〜５００ＭＰａであり、好ましくは１〜５０ＭＰａであり、たとえば５ＭＰａであってもよい。

再び図１を参照して、スイッチトリラクタンスモータ６１０において、この磁性積層体１３を用いたモータ６１０の個々の構成要素である回転子６１１および固定子６１２に関連する構成について、本件発明者の実験によれば、次の式２〜１１に示される範囲の寸法比であることが、小型、高出力、高効率を実現する上で好ましいことが明らかになった。

固定子６１２の突極６１６の半径方向内方の遊端部の内周面は、軸線６１４を中心とする直円筒面の一部であり、その直径をＡとする。回転子６１１の突極６１５の半径方向外方の遊端部の外周面は、軸線６１４を中心とする直円柱面の一部分であり、その外径をＢとする。これらの突極６１５，６１６はいずれも、軸線６１４を含む仮想平面６２６に平行な側面６２７，６２８；６３１，６３２を有し、その仮想平面６２６に関して左右対称に構成される。突極６１６の図１の状態で前記仮想平面６２６に垂直な幅は、図１では、参照符Ｃで示される。固定子６１２の突極６１６の基端部を連ねる直円筒状の外輪である筒部６１９は、内径Ｄを有し、外径Ｅを有する。筒部６１９は、前記軸線６１４を有する。突極６１５の図１の状態で前記仮想平面６２６に垂直な幅は、参照符Ｆで示される。回転子６１１の突極６１５の基端部が連なる直円柱状の回転子本体６３３は、外径Ｇを有する。この回転子本体６３３は、軸線６１４を有し、回転軸６２１に固定される。これらの各寸法Ａ〜Ｇは、本件発明者によって、たとえば表１のように定められた。

（１）（回転子６１１の突極６１５、固定子６１２の突極６１６間の空隙ｇ）
／（固定子６１２の外径寸法）
＝（（Ａ−Ｂ）／２）／Ｅ …（２）
１／１０００≦（（Ａ−Ｂ）／２）／Ｅ≦１／３００ …（３）
（２） 回転子の突極長さ／回転子の突極幅
＝（（Ｂ−Ｇ）／２）／Ｆ …（４）
０．４≦（（Ｂ−Ｇ）／２）／Ｆ）≦０．５５ …（５）
（３） 固定子の突極幅／固定子の突極長さ
＝Ｃ／（（Ｄ−Ａ）／２） …（６）
０．２≦（Ｃ／（（Ｄ−Ａ）／２））≦０．６ …（７）
（４） 固定子の突極幅／回転子の突極幅
＝Ｃ／Ｆ …（８）
０．６≦（Ｃ／Ｆ）≦１ …（９）
（５） 固定子の外輪幅／固定子の突極幅
＝（（（Ｅ−Ｄ）／２）／Ｃ） …（10）
０．６≦（（（Ｅ−Ｄ）／２）／Ｃ）≦０．９ …（11）

本条件（１）〜（５）のうち、条件（１）を少なくとも満たすことが必要であり、さらに条件（１）〜（５）の全てを兼ね備えることが最も好ましい。

巻線は断面が角型のものを使用すると巻線の占積率が向上し、小型化、高出力化につながり好ましい。巻線後、巻線をウレタン系接着剤や、エポキシ系接着剤を含浸硬化させることで、巻線を固定できる。
本件発明者の実験結果を述べる。

（実施例１）
（高速回転型スイッチトリラクタンスモータＳＲＭ）
本件発明者は先ず、前述の図４に示される磁性基材６１７から成る積層体１３から成るトロイダル形状のインダクタ６３４（図８参照）を用いて本発明の磁性基材６１７の積層体１３の磁気特性を検討した。この図８は、インダクタ６３４の斜視図である。インダクタ６３４は、直円筒状に形成され、固定子６１２の前記筒体６１９（前述の図１参照）と類似する。

インダクタ６３４の構成材料および作製方法について示す。非晶質金属薄帯製板状体６１８として、Ｆｅ_７８Ｂ_１３Ｓｉ_９（原子％）の組成を持つハネウェル社製非晶質金属薄帯製板状体６１８、Ｍｅｔｇｌａｓ：２６０５ＴＣＡ（商品名）（幅約２１３ｍｍ、厚み約２５μｍ）を使用した。

この薄帯から成る板状体６１８の片面全面に、Ｅ型粘度計で測定した。約０．３Ｐａ・ｓの粘度を有するポリアミド酸溶液をグラビアコータにより、付与し、１４０℃で溶媒のＤＭＡＣ（ジメチルアセトアミド）を乾燥後、２６０℃でキュアし、非晶質金属薄帯製板状体６１８の片面に約４ミクロンの耐熱樹脂（ポリイミド樹脂）を付与したものである。

ここで、用いたポリアミド酸溶液は、イミド化後に化１の基本構造単位を有するものを使用した。

このポリアミド酸は、３，３’−ジアミノジフェニルエーテルと３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物を１：０．９８の割合でジメチルアセトアミド溶媒中で室温にて縮重合して得られたものである。溶媒には、ＤＭＡＣを用いて希釈した。

この基材を、金型打抜きプレスにより、外径４０ｍｍ、内径２５ｍｍのトロイダル形状に打抜き、５００枚積み重ね、図８のようなトロイダル６３２の積層体を作製した。さらに図７に示す熱プレス機３２で大気中２６０℃３０分、５ＭＰａで積層一体化し、厚み１４．５ｍｍの積層体１３を作製した。

さらに磁気特性を発現するため、大気中で温度３６５℃、圧力１．５ＭＰａで２ｈｒ大気中で加圧、加熱した。このトランスの磁気特性を評価するため、透磁率は、インダクタンス測定器（ヒューレットパッカード社製、商品名４１９２）を用いてインダクタンス値を測定し、比透磁率を算出した。またＢＨアナライザー（岩通電気社製、商品名８１２７）により鉄損を測定した。その結果、鉄損は周波数１ｋＨｚ、最大磁束密度１Ｔで８Ｗ／ｋｇとなった。また比透磁率は１５００となった。

またＪＩＳ Ｚ２２１４に準拠した方法で、幅１２．５ｍｍ、長さ１５０ｍｍの引張強さ試験片を同様のプロセスで作製し、引張強さを測定した。その結果、引張強さは９００ＭＰａとなり、高速回転型のモータ等の回転子などに適用するのに充分な強度が確保できていることを確認した。

またＪＩＳ Ｃ２５５０で定義される方法で占積率を測定した。その結果、占積率は８７％となり、モータ等に適用する上で実用上充分なレベルとなった。

次に前述のスイッチトリラクタンスモータと同様の磁性基材６１７を用いて、磁性基材６１７の積層体１３を作製した。実施例１のトロイダルコア６３２と同様の材料およびプロセスで、シャーリング切断加工した２１３ｍｍ×２１３ｍｍの矩形の磁性基材６１７を２６５０枚積層一体化し、３６５℃で２ｈｒ大気中で熱処理し、室温に戻した。その結果、磁性基材６１７の積層体１３の寸法は２１３ｍｍ角、厚さ７０ｍｍとなった。次に、図１および図２に示す形状の回転子６１１および固定子６１２を、放電ワイヤ加工機により、切断することによって作製した。その結果、回転子６１１の外径Ｂは６４．９８ｍｍ、固定子６１２の外径Ｅは１３９．３ｍｍとなった。また回転子６１１と固定子６１２の空隙ｇ（＝（Ａ−Ｂ）／２）は、３２６μｍとなり、回転子６１１と固定子６１２の外径寸法１３９．３ｍｍとの比は０．００２３４（＝０．３２６／１３９．３）であり、前述の式３で示される本発明の範囲とした。加工した固定子６１２に、直径０．８ｍｍ銅線を８並列、４９ターン、集中巻とし、また対向する同相のコイルは、直列に巻線を施した。さらに巻線後、ウレタン系接着剤をコイルに滴下後、硬化し、コイルを固定した。
本発明のモータのモータ特性を測定した。結果を表２および表３に示す。

（実施例２）
実施例１と同じプロセスで、回転子６１１と固定子６１２の前記空隙ｇを５００μｍとしたモータを作製し、評価した。結果を表２および表３に示す。

（比較例１）
実施例１のプロセスにおいて、被膜６１９の樹脂コーティングをせず、実施例１と同様の熱処理後、１液性エポキシ接着材（スリーボンド社製、商品名２２８７）を真空含浸した後、１５０℃、２ｈｒで硬化接着剤を硬化して作製した。結果を表２および表３に示す。

（比較例２）
実施例１の磁性材料から成る板状体６１８が、０．１ｍｍ厚の珪素鋼板であり、実施例１と同様のプロセスで、同様の形状のモータを作製し、評価した。結果を表２および表３に示す。

本発明の実施の一形態のスイッチトリラクタンスモータ６１０の回転子６１１と固定子６１２とを示す正面から見た断面図である。 図１に示されるスイッチトリラクタンスモータ６１０の軸線６１４に沿う縦断面図である。 本発明の実施の一形態の回転子６１１および固定子６１２の製造方法を示すフローチャートである。 磁性積層体１３を構成する単一枚の磁性基材６１７の一部の断面図である。 本発明の実施の他の形態の磁性基材６２４の断面図である。 積層体１３を一体化する工程を説明するための構成を示す分解斜視図である。 積層体１３を加圧、熱処理するための熱プレス機の一部の構成を簡略化して示す断面図である。 インダクタ６３４の斜視図である。

符号の説明

１１ 積層体のずれ防止用枠型
１２，１２ａ，１２ｂ 平板金型
１３ 積層体
３２ 熱プレス機
６１０ スイッチトリラクタンスモータ
６１１ 回転子
６１２ 固定子
６１３ コイル
６１４ 軸線
６１５，６１６ 突極
６１７，６２４ 磁気基材
６１８ 板状体
６１９，６２５ 被膜
６２１ 回転軸
６２２ 軸受
６３０ ケース
６３３ 回転子本体

Claims (10)

1. 非晶質金属磁性材料から成る板状体の間に、耐熱性熱可塑性樹脂が介在されて積層されることを特徴とするリラクタンス回転機の磁性部材。
2. 前記非晶質金属磁性材料は、一般式
   （Ｆｅ_{（１−α）}Ｃｏ_α）_{１００−ａ−ｂ}Ｘ_ａＹ_ｂ
   式中のＸは、Ｓｉ，Ｂ，ＣおよびＧｅから成るグループから選ばれる少なくとも１種類以上の元素を表し、
   Ｙは、Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｉ，Ｐ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｍｎおよび希土類元素から成るグループから選ばれる少なくとも１種類以上の元素を表し、
   ａ，ｂは、原子％を表し、
   ０≦α≦０．３、
   １０＜ａ≦３５、
   ０≦ｂ≦３０
   であることを特徴とする請求項１記載のリラクタンス回転機の磁性部材。
3. 前記耐熱性熱可塑性樹脂は、１２０℃で４時間乾燥を施し、その後、窒素雰囲気下、３００℃で１時間保持した際の重量減少率が１重量％以下であることを特徴とする請求項１または２記載のリラクタンス回転機の磁性部材。
4. 前記耐熱性熱可塑性樹脂は、窒素雰囲気下、３００℃、２時間の熱履歴を経た後の引張強度が３０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに記載のリラクタンス回転機の磁性部材。
5. 前記耐熱性熱可塑性樹脂は、ガラス転移温度が１２０〜２５０℃であり、
   溶融粘度が１０^５Ｐａ・ｓである温度が、２５０℃以上、４００℃以下であり、
   ４００℃から１２０℃まで０．５℃／分の一定速度で降温した後、樹脂中の結晶物による融解熱が１０Ｊ／ｇ以下であることを特徴とする請求項４記載のリラクタンス回転機の磁性部材。
6. 回転子および固定子の少なくとも一方は、請求項１〜５のうちの１つに記載の磁性部材から成ることを特徴とするリラクタンス回転機。
7. 回転子および固定子を含む磁気回路は、請求項１〜５のうちの１つに記載の磁性部材から成り、
   固定子の外径Ｅに対する回転子の突極および固定子の突極間の空隙ｇの比は、１／１０００以上、１／３００以下であることを特徴とするリラクタンス回転機。
8. 回転子の突極幅Ｆに対する回転子の突極長さの比は、０．４以上、０．５５以下であり、
   固定子の突極長さに対する固定子の突極幅Ｃの比は、０．２以上、０．６以下であり、
   回転子の突極幅Ｆに対する固定子の突極幅Ｃの比は、０．６以上、１以下であり、
   固定子の外輪幅Ｃに対する固定子の突極幅の比は、０．６以上、０．９以下であることを特徴とする請求項７記載のリラクタンス回転機。
9. 非晶質金属磁性材料から成る板状体の片面または両面に、耐熱性熱可塑性樹脂から成る被膜を形成して基材を得、
   前記基材を、複数枚積層し、
   この積層した状態で、１〜５００ＭＰａで加圧しつつ、２００〜５００℃で加熱することを特徴とするリラクタンス回転機の磁性部材の製造方法。
10. 非晶質金属磁性材料から成る板状体の間に、耐熱性熱可塑性樹脂が介在されて積層されることを特徴とする積層体。

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