JP2005198365A

JP2005198365A - モータ用希土類永久磁石とその製造方法

Info

Publication number: JP2005198365A
Application number: JP2003435574A
Authority: JP
Inventors: Naoko Nagai; 菜穂子永井; Masafumi Noda; 雅文野田
Original assignee: Neomax Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】複数の板状永久磁石を非導電性樹脂を介して積層配置された構成からなるモータ用希土類永久磁石を一つブロック状永久磁石体から簡単に製造できる製造方法の提供。
【解決手段】矩形体の希土類永久磁石にその一側面から対向する側面側へ一定長さの複数のスリットを形成して分割部と前記スリット端で分割された磁石が保持される連通部とを設け、その後スリット内に非導電性樹脂を充填し、さらに分割部と連通部とを分離することで、複数の板状永久磁石を非導電性樹脂を介して積層配置された構成からなるモータ用希土類永久磁石が得られる。
【選択図】図2

Description

この発明は、複数の板状永久磁石を非導電性樹脂を介して積層配置された構成からなるモータ用希土類永久磁石を、一つのブロック状希土類永久磁石から製造したモータ用希土類永久磁石とその製造方法に関する。

従来、永久磁石を用いたモータでは、ロータに磁極として複数の永久磁石を配置している。そして、空隙を設けてロータと対向するように配置されたステータ側のコイルに通電して、回転磁界を形成することで、ロータが駆動回転される。

また、近年はモータの小型化・高速化・高出力化に伴い永久磁石としては従来のフェライト永久磁石に代わってR-Fe-B系焼結磁石などの希土類永久磁石が用いられることが多い。

しかし、一方で希土類永久磁石はフェライト永久磁石と比べて電気抵抗が小さいため、フェライト永久磁石ではほとんど問題にならなかった永久磁石に生じる渦電流によるモータ効率の低下や、渦電流に伴う永久磁石の発熱による該永久磁石の熱減磁が問題となっている。

永久磁石に生じる渦電流を低減する手段として、複数の絶縁処理された永久磁石片を積層し、一体化する方法が提案されている。この方法は現実的かつ有効な方法ではあるものの、永久磁石片を個別に治具等を用いて接着し一体化するため、作業工程が煩雑となるという問題があった。また、接着位置精度、あるいは個々の永久磁石片の寸法公差の問題により、一体化された永久磁石の寸法精度が低く、それがモータ特性に影響を与える場合もあった。
特開平4-79741号公報

前述の作業性の問題を解決する手段として、希土類永久磁石の上下両面にスリットを設け、有効断面積を低下させる方法が提案されている。この方法は渦電流の低減に有効であるが、希土類永久磁石は完全に分割されていないため、完全に分割した複数の永久磁石片を一体化した上記永久磁石の場合と比較して渦電流の低減効果は低かった。
特開2001-78402号公報

また、円周方向に複数に分割された永久磁石片を絶縁材を介して配置する方法などが提案されているが、この方法においても特許文献1と同様に作業工程の煩雑さおよび一体化された永久磁石の寸法精度の問題は解決されていない。
特開2000-228838号公報

さらに特許文献3には、永久磁石を実質的に複数に分割する方法として、永久磁石の一部を連通させた状態にて、永久磁石の所定箇所にスリットを設け、前述の作業性の問題の解決を試みた方法も提案されているが、該方法では一部に連通部が形成されており、永久磁石が完全に分割されてはいないため、渦電流の低減効果が乏しい。

この発明は、複数の板状永久磁石を非導電性樹脂を介して積層配置された構成からなるモータ用希土類永久磁石の提供を目的とし、また、かかる構成からなるモータ用希土類永久磁石を一つのブロック状希土類永久磁石から簡単に製造できる製造方法の提供を目的としている。

発明者らは、寸法精度に優れかつ渦電流の低減が可能なモータ用希土類永久磁石およびその簡易な製造方法を目的に鋭意検討した結果、立方体、矩形体、棒材などのブロック状希土類永久磁石にその一面から対向面側へ一定長さの複数のスリットを形成して分割部と前記スリット端で分割された磁石が保持される連通部とを設け、その後、被加工材をモールド処理するか接着剤の注入で、少なくともスリット内に非導電性樹脂を充填して電気的絶縁し、その後、被加工材を分割部と連通部とに分離することで、複数の板状永久磁石を非導電性樹脂を介して積層配置された構成からなるモータ用希土類永久磁石が得られることを知見した。

さらに、発明者らは、希土類永久磁石の一面にワークプレートを着設すると、永久磁石に設ける連通部を減少又はなくすことが可能で、永久磁石の無駄がなくなり、かつ分割した磁石の変形を防止でき、より簡単に製造できること、また、希土類永久磁石の連通部あるいはワークプレート着設部に近接させて予めベースプレートを着設することで、連通部又はワークプレートとの相乗効果で被加工材全体の剛性を向上させ、スリット加工工程時の磁石変形を防止するとともに分割された後の磁石全体を支持できること、さらに、前記絶縁工程では、スリット内に充填する非導電性樹脂に接着剤系あるいはモールド処理用の樹脂を使用可能であることを知見し、この発明を完成した。

すなわち、この発明は、ブロック状希土類永久磁石に該磁石の一面から対向側へ一定長さの複数のスリットを形成した分割部と前記スリット端で分割された磁石が保持される連通部とを設ける加工工程と、少なくとも前記スリット内に非導電性樹脂を充填する絶縁工程と、被加工材の分割部と連通部とを分離する分離工程を含むことを特徴とするモータ用希土類永久磁石の製造方法である。

また、この発明は、ブロック状希土類永久磁石の一面にワークプレートを着設する工程と、前記希土類永久磁石に前記ワークプレート着設面との対向面から前記ワークプレート方向への複数のスリットを形成して分割部を設ける加工工程と、少なくとも前記スリット内に非導電性樹脂を充填する絶縁工程と、被加工材の永久磁石とワークプレートを分離する分離工程とを含むことを特徴とするモータ用希土類永久磁石の製造方法である。

また、この発明は、上記構成の製造方法において、
希土類永久磁石の連通部又はワークプレート着設面とは異なる一面に、スリットが形成された後の分割部を支持可能とするベースプレートが着設され、加工工程でスリットの形成時に同時に加工され、また分離工程で該ベースプレートが除去される方法、
ワークプレートと希土類永久磁石との間に、スリットの形成時に加工される中間材を配置した方法、
分離工程後に希土類永久磁石の表面に防錆処理を行う方法、
絶縁工程で使用する非導電性樹脂は、被加工材の全面をモールドするモールド用の樹脂、あるいはスリット内に充填される接着用の樹脂である方法、
非導電性樹脂が、エポキシ配合樹脂接着剤またはシリコン樹脂接着剤である方法、
非導電性樹脂が、強度強化材を含む熱可塑性樹脂である方法、を併せて提案する。

この発明によると、連通部が分離された希土類永久磁石(分割部)はあたかも個別の永久磁石片が積層されたような状態となり、簡単な工程で絶縁性にすぐれたモータ用希土類永久磁石を製造することができ、永久磁石片を個別に接着する必要がないため、工程を大幅に簡略化できる。

この発明によると、個々の永久磁石片の位置決めが連通部やワークプレートによって必然的になされているため、各永久磁石片の位置や形状のばらつきが小さく、また、個々の永久磁石片は共通の希土類永久磁石が母材となっているため、磁石特性のばらつきがなく寸法精度に優れたモータ用希土類永久磁石を得ることができる。

また、この発明によると、加工工程前の希土類永久磁石の一面にワークプレートを接着剤等を用いて配置、固定することにより、希土類永久磁石自体に形成される連通部を極力少なくすることができ、好ましい態様では磁石に連通部を設ける必要がなくなるため、磁石歩留りを向上させかつ分割した磁石の変形を防止できる。

さらに、この発明によると、このワークプレートに切削可能な所要の材料を用いるかあるいは中間材を介してスリットを設ける際の加工を一部受けるようにすることで、加工装置の切断刃などの寿命を延命できる。さらに、連通部又はワークプレートとは異なる希土類永久磁石の一面にベースプレートを設けることが可能で、連通部又はワークプレートとの相乗効果で被加工材全体の剛性を向上させ、加工工程においてスリットを施した際の希土類永久磁石の形状の変化を防ぐことができ、寸法精度に優れたモータ用希土類永久磁石を得ることができる。

図1、図2にこの発明によるモータ用希土類永久磁石の製造方法の基本的な概念とフローチャートを示し、図に基づいて詳述する。図2Aに示すごとき、矩形板状の希土類永久磁石10を用意して、図示しない外周刃切断機やワイヤーソー等を用いて、図1A、図2Bに示すように希土類永久磁石10の一方長辺側面より対向する他方長辺側面に向けて伸びるスリット13を形成し、複数のスリットを形成した分割部12と前記スリット端で分割され各永久磁石片14が保持される連通部11を形成する。これを加工工程とする。

加工工程において、スリット13の長さは要求されるモータの仕様等により適宜選定されるが、希土類永久磁石10に占める分割部12と連通部11の割合が1:1〜5:1程度の範囲となるように適宜選定されることが好ましい。スリットが長すぎると、図1Bに示すように希土類永久磁石全体が僅かながら撓んでしまう恐れがあり、その結果、分割部の寸法精度が悪化してしまうため好ましくなく、逆にスリットが短すぎると磁石素材の歩留りが悪化するため好ましくない。

また、スリット13の幅も特に限定しないが、1mm以下が望ましい。スリット幅が1mmを超えると、最終的に得られるモータ用希土類永久磁石の体積の減少により磁束量が減少するとともに磁石表面の磁束分布が不均一となることから、モータ特性が低下するので好ましくない。スリットの幅は、できるだけ小さいことが望ましく、スリットの幅は実質的に選定する外周刃切断機の切断刃やワイヤーソーのワイヤーの寸法などに依存することになる。

なお、スリットの形成手段には、上述の外周刃やワイヤーソー等の機械的手段の他、公知のレーザー、高圧水による切断装置を採用できる。レーザーや高圧水による場合もスリットの幅は、絞りこまれたレーザーや高圧水の径寸法に依存することになる。

また、加工工程前に図示の希土類永久磁石10の下面の全面あるいは所要位置に、切削抵抗が磁石材料と近似した材質からなるベースプレート(図3の符号32を参照)を接着配置しておき、同時に加工することで、希土類永久磁石10のたわみを生じさせることなく、スリットをより長く施すことが可能となり、磁石材料歩留りを向上させることができる。

なお、図3に示すごとく、希土類永久磁石の連通部あるいはワークプレート着設部に近接させてベースプレート32を着設する場合は、連通部あるいはワークプレート着設部の機械的強度を確保でき、スリット形成時の当該磁石の変形防止のみならず、スリット形成後の分割された磁石片を連通部あるいはワークプレートから離脱させることなく安定的に支持でき、加工やハンドリング時の磁石の損傷を防止することが可能となる。

図2Bで加工工程を終えた希土類永久磁石10は、分割された各永久磁石片14を電気的に絶縁するために、そのスリット13内に非導電性樹脂15が充填される。これを絶縁工程とする。絶縁工程の方法には、図2C〜Eに示す非導電性樹脂のモールド法と図2F〜Hに示す注入法とがある。

なお加工工程を終えた希土類永久磁石10は、清浄工程にて、スリット13内に残存する加工工程において生じた研削くずを、ウエット又はドライで洗浄、除去することが望ましい。研削くずがスリット13内に残存したまま非導電性樹脂15を充填すると、モータに組み込んで使用した際に該研削くずにより各永久磁石片14が導通してしまい、絶縁効果が低下する。

まずモールド法は、図2Cに示すようにスリット13内だけでなく、同時に希土類永久磁石10全体を非導電性樹脂15でモールド処理して被覆するものである。モールド処理での非導電性樹脂15は、希土類永久磁石10全体を一体的に被覆、固定するため、スリット13内に充填される非導電性樹脂15にて分割された各永久磁石片14を接着する必要はなく、必ずしも高い接着性を具備する必要はない。

モールド処理での非導電性樹脂15には、ナイロンやポリカーボネートのような一般的な熱可塑性樹脂、PBTやPPEなどの高耐熱性樹脂、液晶ポリマー樹脂などの寸法安定性に優れた樹脂、ガラス繊維などの強化材入りの樹脂等を適宜選定でき、ガラス繊維などの強化材入り熱可塑性樹脂は、リサイクル性及び耐熱性に優れており好ましい。なお、絶縁性確保のため、強化材に金属フィラーなどの導電性を有する材料の使用は好ましくない。

モールド処理にて全面に非導電性樹脂15がモールドされた希土類永久磁石10は図2Dに示すとおり、分離工程にて連通部11と分割部12に切断、分離される。これを分離工程とする。

得られた分割部12は、複数の永久磁石片14を非導電性樹脂15で積層した構成であり、そのままモータ用希土類永久磁石として用いることができる。しかし、希土類永久磁石の中でも特に酸化しやすいR-Fe-B系焼結磁石が用いられる場合は、図2Eに示すように、前記切断面16に防錆処理を施こして耐食性被膜17を形成することが好ましい。これを防錆処理工程とする。ここでは例えば、対象範囲に容易に耐食性被膜17を施すことができるスプレー塗装等が好ましい。

得られたモータ用永久磁石は、少なくとも切断面16以外にモールド処理による非導電性樹脂15で被覆され、各永久磁石片14がより強固に一体化されたモータ用希土類永久磁石を得ることができる。

一方、絶縁工程に注入法を用いた場合は、図2Fに示すとおり、加工工程を終えた希土類永久磁石10は、スリット13内に非導電性樹脂18が充填される。非導電性樹脂18は、分割部12の各永久磁石片14を一体化できる接着性と絶縁性とを有する必要があり、特に限定しないが、例えばエポキシ配合樹脂接着剤またはシリコン樹脂接着剤などは接着力および絶縁性に優れるため好ましい。

絶縁工程にてスリット13に非導電性樹脂18が充填された希土類永久磁石10は、非導電性樹脂18の硬化後、図2Gに示すとおり、連通部11と分割部12に切断、分離される。得られた分割部12は、複数の永久磁石片14を非導電性樹脂18で積層した構成であり、そのままモータ用希土類永久磁石として用いることができる。

しかし、希土類永久磁石の中でも特に酸化しやすいR-Fe-B系焼結磁石が用いられる場合は、図2Hに示すように、表面に防錆処理を施こして耐食性被膜19を形成することが好ましい。

防錆処理工程における処理方法は、特に限定しないが、スリット13内の非導電性樹脂18に影響を与えない条件下で実施することが望ましい。表面に耐食性被膜19を形成する防錆処理として、例えば、電着塗装やスプレー塗装を用いると、この耐食性被膜19により永久磁石片14と非導電性樹脂18の継ぎ目を覆い、各永久磁石片14をより強固に一体化したモータ用希土類永久磁石を得ることができる。また、ガラス繊維などの強化材入り熱可塑性樹脂などにより、磁石全体をモールドしてもよい。

図3、図4にこの発明によるモータ用希土類永久磁石の製造方法の他の基本的な概念とフローチャートを示し、図に基づいて詳述する。図3A(図4A)に示すごとき、矩形板状の希土類永久磁石20を用意して、その一側面に磁石厚みと同寸法のワークプレート30を着設する。あるいは図3Bに示すごとく、希土類永久磁石20より大きなワークプレート31をその一側面に着設する。これを着設工程とする。

図4Bに示すごとく、加工工程で、希土類永久磁石20の前記ワークプレート30の着設面と対向する側面から前記ワークプレート30方向への複数のスリット23を形成して分割部22を設ける。前述したベースプレート32を適宜併設することも可能である。

ワークプレート30,31には、希土類永久磁石と同材質の他、鉄などの異材質を用いることができ、分割部22を設けた後の各永久希土類磁石片24の変形等を防止できる。さらに例えば、加工工程で外周刃でスリット23を形成する際に同時にスリット23端で切削されることを想定して材質を選定したり、あるいは予め切削される箇所に凹部を設けておく他、ワークプレート30と希土類永久磁石20との間に、スリット23の形成時にともに加工される図示しない炭素材などからなる中間材をワークプレート30と一体に配置することが可能である。

加工工程後に絶縁工程で、図4Cに示すとおり分割部22のスリット13内に非導電性樹脂25が充填される。非導電性樹脂25には、絶縁性と永久磁石片24を一体化できる接着性が必要であることは、前述のとおりである。

絶縁工程にてスリット23に非導電性樹脂25が充填された希土類永久磁石20は、非導電性樹脂25の硬化後、図4Dに示すとおり、分割部22とワークプレート30に分離される。

分離工程の方法は特に限定しないが、例えば、ワークプレート30と分割部22の接着配置に用いた接着剤にのみ反応する剥離液を含浸させて、該接着剤を剥離する方法を採用することができる。該方法に用いることができる接着剤と剥離液の組合せとしては、例えばエポキシ系接着剤とアルカリ性剥離液がある。この場合、非導電性樹脂25としては、例えば、PPE、PESなどの非晶性プラスチックなど、アルカリ性剥離液に反応しないものを用いる必要がある。

また、分離工程の方法として、全体を加熱処理してワークプレート30と分割部22の接着固定に用いた接着剤の接着力を弱めて分離する方法も採用できる。この場合、非導電性樹脂25としては、ワークプレート30と分割部22の接着固定に用いた接着剤よりも耐熱性の高いものを選定する必要がある。

得られた分割部22は、複数の永久磁石片24を非導電性樹脂25で積層した構成であり、そのままモータ用希土類永久磁石として用いることができる。しかし、前述のようにR-Fe-B系焼結磁石が用いられる場合は、防錆処理工程を施こすことが望ましい。

防錆処理工程は、図4Eに示すとおり、モールド処理によって分割部22全体を非導電性樹脂27で被覆して、これにより耐食性並びに強度に優れたモータ用希土類永久磁石を得ることができる。なお、この非導電性樹脂27は絶縁工程において用いた非導電性樹脂25と同一でも、異なってもよい。また、図4Fに示すように、スプレー塗装による防錆処理にて、分割部22全体表面に耐食性被膜29を形成することできる。

実施例1
図2A〜Eに示す工程で、この発明によるモータ用希土類永久磁石を作製した。寸法が48×40×6mmの板状Nd-Fe-B系焼結永久磁石10を用意して、外周刃切断機と治具を用いて長さ40mm、幅0.5mmのスリット13を多数形成して連通部11と分割部12とを作製した。

スリット13並びに磁石全体の洗浄を行った後、前記希土類永久磁石10全体にモールド処理にてPBT樹脂(三菱レイヨン社製タフペット)を被覆し、スリット13内に非導電性樹脂15としてPBT樹脂を充填して絶縁工程を完了した。

PBT樹脂の硬化後に外周刃切断機を用いて連通部11と分割部12とを分離した。分離後の分割部12の切断面16には、合成樹脂塗料(日本油脂BASFコーティングス社製エピコNo.2000)を被覆して防錆処理を完了した。各永久磁石片寸法が7.6×40×6mmであり、これを厚み0.5mmの前記PBT樹脂で積層配置した構成のモータ用希土類永久磁石を得た。

実施例2
図4A〜Eに示す工程で、この発明によるモータ用希土類永久磁石を作製した。寸法が48×40×6mmの板状Nd-Fe-B系焼結永久磁石20と、ワークプレート30として寸法が40×10×6mmの鉄材を用意し、また、その間に炭素材からなる中間材を配置し、変性アクリル接着剤(電気化学工業社製デンカG-55)で接合した。

次に、永久磁石20に外周刃切断機と治具を用いて長さ48mm、幅さ0.5mmのスリット13を多数形成して分割部22を作製した。スリットの洗浄後、非導電性樹脂25としてエポキシ配合樹脂接着剤(バンティコ社製アラルダイトCY205Cl)を使用し、スリット23内にこれを充填して絶縁工程を完了した。

次に、ワークプレート30及び中間材と分割部22とは、100℃雰囲気の熱処理炉内で加熱処理して分離した。

分離後の分割部22に合成樹脂塗料(日本油脂BASFコーティングス社製エピコNo.2000)を被覆して防錆処理を完了し、各永久磁石片寸法が7.6×48×6mmであり、これを厚み0.5mmのエポキシ配合樹脂接着剤で積層配置した構成のモータ用希土類永久磁石を得た。

この発明は、実施例に明らかなように、従来のごとき永久磁石片を個別に接着する必要がなく、簡単な工程で絶縁性にすぐれたモータ用希土類永久磁石を製造することができ、また、個々の永久磁石片の位置決めが連通部やワークプレートにて確保され、個々の永久磁石片は共通の希土類永久磁石が母材であり、磁石特性のばらつきがなく寸法精度に優れたモータ用希土類永久磁石を得ることができる。

Aはこの発明による製造方法を説明する永久磁石の斜視説明図であり、Bは加工後に歪みが発生する場合を示す永久磁石の概念説明図である。この発明によるモータ用希土類永久磁石の製造方法の一実施形態の概要を示したフローチャート図である。 A、Bは、ワークプレート及びベースプレートを用いたこの発明による製造方法を説明するための永久磁石の斜視説明図である。この発明によるモータ用希土類永久磁石の製造方法の他の実施形態の概要を示したフローチャート図である。

符号の説明

10,20 希土類永久磁石
11 連通部
12,22 分割部
13,23 スリット
14,24 永久磁石片
15,18,25,27 非導電性樹脂
16 切断面
17,19,29 耐食性被膜
30,31 ワークプレート
32 ベースプレート

Claims

ブロック状希土類永久磁石に該磁石の一面から対向面側へ一定長さの複数のスリットを形成した分割部と前記スリット端で分割された磁石が保持される連通部とを設ける加工工程と、少なくとも前記スリット内に非導電性樹脂を充填する絶縁工程と、被加工材の分割部と連通部とを分離する分離工程とを含むモータ用希土類永久磁石の製造方法。
ブロック状希土類永久磁石の一面にワークプレートを着設する工程と、前記希土類永久磁石に前記ワークプレート着設面との対向面から前記ワークプレート方向への複数のスリットを形成して分割部を設ける加工工程と、少なくとも前記スリット内に非導電性樹脂を充填する絶縁工程と、被加工材の永久磁石とワークプレートを分離する分離工程とを含むモータ用希土類永久磁石の製造方法。
希土類永久磁石の連通部又はワークプレート着設面とは異なる一面に、スリットが形成された後の分割部を支持可能とするベースプレートが着設され、加工工程でスリットの形成時に同時に加工され、また分離工程で該ベースプレートが除去される請求項1又は請求項2に記載のモータ用希土類永久磁石の製造方法。
ワークプレートと希土類永久磁石との間に、スリットの形成時に加工される中間材を配置した請求項2に記載のモータ用希土類永久磁石の製造方法。
分離工程後に希土類永久磁石の表面に防錆処理を行う請求項1又は請求項2に記載のモータ用希土類永久磁石の製造方法。
絶縁工程で使用する非導電性樹脂は、被加工材の全面をモールドするモールド用の樹脂、あるいはスリット内に充填される接着用の樹脂である請求項1又は請求項2に記載のモータ用希土類永久磁石の製造方法。
非導電性樹脂が、エポキシ配合樹脂接着剤またはシリコン樹脂接着剤である請求項6に記載のモータ用希土類永久磁石の製造方法。
非導電性樹脂が、強度強化材を含む熱可塑性樹脂である請求項6に記載のモータ用希土類永久磁石の製造方法。
請求項1から請求項8に記載のいずれかのモータ用希土類永久磁石の製造方法により製造されたモータ用希土類永久磁石。