JP2006073557A - 高性能表面被膜を有する永久磁石とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気絶縁性、機械特性、耐錆性に優れた高性能な表面被膜を有する永久磁石を提供する。
【解決手段】 永久磁石の表面に、純シリコンポリマ−，変性シリコンポリマ−，ハイブリッド型のシリコンポリマ−の１種または２種以上を主成分とする表面被膜を有することを特徴とする永久磁石。また、表面被膜の主成分としての純シリコンポリマ−において、純シリコンポリマ−４官能が５０％未満であること、更に、表面被膜の主成分としての変性シリコンポリマ−が、アクリル変性シリコンポリマ−，アルキド変性シリコンポリマ−，ポリエステル変性シリコンポリマ−，エポキシ変性シリコンポリマ−であることを特徴とする表面被膜を有する永久磁石。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高性能表面被膜を有する永久磁石に関するものである。

モータなどの電磁機器に使用される永久磁石は永久磁石自身の性能と共に、磁石表面に施される被膜の性能が求められる。
永久磁石の被膜には、耐環境性（塩水，冷媒，油）、耐熱性、清浄性、機械強度、接着性等が必要で、また、絶縁性もＩＰＭ用希土類磁石や渦電流抑制のための磁石分割化で必要である。希土類磁石の被膜には、これらの要求に応じて、Ｎｉメッキなどの湿式メッキ、樹脂コーティングやアルミニウムイオンプレーティングなどがある。しかし、Ｎｉメッキなどの金属メッキは清浄性、硬度や接着性では優れているが、絶縁性に問題があり、磁石との熱膨張の差が大きい。

熱膨張差を小さくした被膜として、樹脂コーティングやアルミニウムイオンプレーティングなどがあるが、樹脂コーティングは耐熱性に問題があり、アルミニウムイオンプレーティングには絶縁性やコスト面に難点がある。被膜処理は時間とコストがかかる問題もある。
このように、防錆効果は勿論のこと、耐熱性やアウトガス、機械強度、高絶縁性、磁石性能劣化等を同時に満足する高性能表面被膜を有する永久磁石が望まれている。また、このような要求に対応した、簡単な工程で低コストの永久磁石の表面処理方法が望まれている。

特許文献１には、打ち抜かれた複数枚の磁性材料片を積層し、シリコンポリマ−により局部的な歪・応力を付加することなく一体化された電磁機器用磁性部材、およびその簡易結束方法が開示されている。本発明は基本的には、特許文献１で利用しているシリコンポリマ−を永久磁石の表面処理に適用したものである。
特開２００４−１２９４８０号公報

本発明は、高性能表面被膜を有する永久磁石とその製造法を提供するものである。

本発明の特徴とするところは、以下の通りである。
（１）永久磁石の表面に、純シリコンポリマ−，変性シリコンポリマ−，ハイブリッド型のシリコンポリマ−の１種または２種以上を主成分とする表面被膜を有する永久磁石。 （２）表面被膜の主成分としての純シリコンポリマ−において、純シリコンポリマ−４官能が５０％未満であることを特徴とする前記（１）記載の表面被膜を有する永久磁石。 （３）表面被膜の主成分としての変性シリコンポリマ−が、アクリル変性シリコンポリマ−，アルキド変性シリコンポリマ−，ポリエステル変性シリコンポリマ−，エポキシ変性シリコンポリマ−の１種又は２種以上であることを特徴とする前記（１）記載の表面被膜を有する永久磁石。
（４）表面被膜の主成分としての有機樹脂とシリコ−ン樹脂の複合物のシリコンポリマ−が、アクリル・シリコンポリマ−，アルキド・シリコンポリマ−，ポリエステル・シリコンポリマ−，エポキシ・シリコンポリマ−の１種又は２種以上であることを特徴とする前記（１）記載の表面被膜を有する永久磁石。
（５）表面被膜の硬度が１H 以上であることを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の表面被膜を有する永久磁石。
（６）１００℃、１００時間での表面被膜の重量変化が５％以下であることを特徴とする前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の表面被膜を有する永久磁石。

（７）前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の表面被膜を有する永久磁石を製造するに際し、純シリコンポリマ−，変性シリコンポリマ−，ハイブリッド型のシリコンポリマ−の１種または２種以上を主成分とする溶液を永久磁石の表面に付着させ、乾燥し、被膜厚み０．５〜５０μｍとすることを特徴とする表面被膜を有する永久磁石の製造方法。
（８）永久磁石の表面に溶液を付着させる方法を浸漬法、スプレ−法或いは塗布法のいずれかとし、永久磁石に周波数１０〜１００Ｈｚの超音波振動を与えながら浸漬、スプレ−或いは塗布の処理をすることを特徴とする前記（７）記載の表面被膜を有する永久磁石の製造方法。

本発明の永久磁石に施される被膜は、浸漬、スプレー処理などと乾燥だけの簡単な工程で作れ、かつ低コストであり、耐熱性、耐食性と電気絶縁性に優れ、熱膨張などに対する磁石性能の劣化も少ない。従って、電気機器の駆動で温度上昇しても磁石性能の劣化も小さい。また、分割磁石に本発明の被膜を施すと、分割磁石を組み合わせた一体化された磁石の交流励磁下の損失は、一体磁石の渦電流損は施された被膜で抑制できるので、分割磁石内の渦電流損だけとなる。磁石継鉄や鉄心に本発明の磁石が接しても電気的に絶縁できるので、磁石と継鉄、鉄心の間を流れる電流による損失も発生しない。

本発明が適用する磁石は被膜を必要とする永久磁石であり、主にＮｄ系、Ｓｍ系、Ｐｒ系などの希土類磁石であり、被膜を必要とする用途に適用されるフェライト磁石、アルニコ磁石、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ磁石、Ｆｅ−Ｍｎ磁石でも良く、製法は焼結磁石、ボンド磁石、鋳造磁石、塑性加工磁石などのいずれでも良い。また、永久磁石は一体のもの、分割磁石を組み合わせたもの、あるいは未着磁、着磁は問わずいずれにも適用できる。

永久磁石表面に被膜を施すための表面処理剤として、純シリコンポリマ−，変性シリコンポリマ−，ハイブリッド型のシリコンポリマ−の１種または２種以上を主成分とする液を用いる。好ましくは、表面処理剤の主成分の純シリコンポリマ−として、Ｒ_4-N Ｓｉ （ＯＸ）_N 、［Ｎ＝１〜４、Ｒ：炭素数１〜６の炭化水素基、Ｘ：炭素数１〜６のアルキル基］を用い、十分な膜厚を得るためには純シリコンポリマ−４官能、即ちＮ＝４のものが５０％未満であるものを用いる。

また、表面処理剤の主成分の変性シリコンポリマ−としては、アクリル変性シリコンポリマ−，アルキド変性シリコンポリマ−，ポリエステルアクリル変性シリコンポリマ−，エポキシ変性シリコンポリマ−などの１種または２種以上を用いる。
更に、表面処理剤主成分のハイブリッド型のシリコンポリマ−としては、シリコンポリマ−及び有機樹脂の複合物で、ポリエステル及び又はエポキシ有機樹脂とシリコ−ンとの複合物の１種または２種以上を主成分とする液を用いる。

溶剤としては、純シリコンポリマ−及び変性シリコンポリマ−などを溶かすことができ、その後、乾燥、あるいは蒸発させることで除くことができるものであればどのようなものでも良いが、メタノール，エタノール，プロパノール，ブタノール，グリコール系の１種類または２種類以上を組み合わせて用いると良い。
短時間に効率的に蒸発，乾燥させるためには、沸点１６０℃以下のものが好ましい。
界面活性剤は溶剤相溶性の優れたタイプであれば使用できる。例えば、ジ−２−エチルヘキシルスルホコハク酸ナトリウム，ポリオキシエチレン（６）ラウリルエーテル，ポリオキシエチレンアルキルエーテルなどを用いても良い。

この表面処理剤を用いて被膜を生成させる方法は問わないが、浸漬、スプレ−或いは塗布のいずれかによる方法が均一な被膜を得るのに有利である。永久磁石に生成させる被膜の厚さ、均一性を所定の値に保つためには、溶剤を用いて純シリコンポリマ−、及び変性シリコンポリマ−及びハイブリッド型のシリコンポリマ−などの濃度や液温を変えることにより粘度を制御すると良い。
ここで、ハイブリッド型シリコンポリマ−とは、ポリエステル，エポキシ等の分子の集団とシリコ−ンの分子の集団との結合した構造のポリマ−を指す。粘性は１ｐ（ポアス）以下、好ましくは０．２ｐ以下の表面処理液にすると良く、液温は５〜３０℃、好ましくは１０〜２０℃が良い。

表面処理液を均一化に塗布するためには、浸漬、スプレー或いは塗布の処理工程で超音波攪拌を０．５〜５分程度行うと良い。超音波処理による利点は、処理剤が磁石表面の汚れの除去のみならず塗れ性を向上する。更に、磁石成型過程に生じた空隙部に短時間で容易に染み込むのを促進し、短時間に均一な膜を生成することができる。
また、磁石の表面状態によっては処理液の塗れ性が充分でない場合がある。その場合には界面活性剤を添加して処理すると、より優れた表面状態が得られる。

このようにして処理された磁石は、その後、大気中乾燥あるいは加熱乾燥する。乾燥を迅速かつ簡便に行うためには、５０℃〜２００℃で乾燥すると良い。アウトガスが問題となる場合は乾燥温度は高い方が良く、少なくとも磁石使用温度以上が好ましく、１００℃以上、更に好ましくは１５０℃以上が良い。このような乾燥処理を行うと、１００℃、１００時間での表面被膜の重量変化を２％以下にでき、アウトガスを抑制できる。

永久磁石に施す表面被膜の厚さは目的に応じて薄くても厚くても良いが、好ましくは０．５〜５０μｍ程度でよい。膜厚を調整するために、前記のように液濃度、温度等の処理の調整による方法があるが、重ね塗り、ブロアなどによる処理液吹き飛ばしを行ったり、浸漬、吹き付け、刷毛塗りと乾燥を繰り返しても良い。

表面処理剤を用いて表面被膜を生成させる工程は、分割磁石間の接着や磁石と他の部材との接着を兼ねても良い。本発明の成分被膜と乾燥条件の場合、表面を十分に覆うほど厚い被膜であれば、光沢が優れ、優れた被膜性能が得られるが、表面被膜の硬度は鉛筆硬度で１H 以上にできるので、組み立て工程における耐キズ付き性や優れた強度の磁石が得られる。

ハイブリッド電気自動車用駆動モータの界磁磁石として用いるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ焼結磁石に本発明を適用した。
モータは磁石埋め込み型同期モータであり、界磁磁石は分割磁石を組み合わせたものである。処理液としてはＲＳｉ（ＯＸ）₃ （トリメトキシシラン濃度３０％：溶剤イソプロパノ−ル）に対し、界面活性剤０．５％を加え、室温にて５分間の浸漬処理を行った。その際、浸漬処理の初期段階で、周波数４０ＫＨｚの超音波攪拌を１分間行った。次いで、磁石表面を２００℃温風ブロアで表面の余分の処理液を吹き飛ばしながら乾燥した。
この被膜を施した磁石を組み立て、前記の処理液を結束液として分割磁石間を接着固定した。

この一体化磁石を着磁し、回転子鉄心の埋め込み部に挿入し、前記の処理液を上部埋め込み部から刷毛塗布し、磁石と鉄心の間に液が十分に入るように、下部から処理液が出るまで刷毛塗布を繰り返し、最後に２００℃で乾燥した。
本発明の高性能被膜磁石を用いたモータは、磁石内渦電流が分割磁石により抑制でき、またモータの性能試験によると、図１に示すように、室温駆動と２００℃駆動の繰り返しを行った後のトルク定数低下が、本発明の被膜を施した磁石２は従来のニッケルメッキ被膜が施された磁石１を用いたものに比べ、約１／３であった。

ＨＤＤの磁気ヘッド駆動ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）の界磁にＳｍ−Ｃｏ磁石を用い、この磁石に本発明を適用した。
処理液としてはイソプロパノ−ル８５ｇに６０％ポリエステルシリコン複合物（ポリエステル５０％）１００ｇを溶かし、液温２０℃で、超音波攪拌５分間を含む１５分間の浸漬処理を行った。その後、磁石を余剰液吸い取り用として濾紙をセットしたトレイ上に移し、恒温乾燥機にて加熱乾燥した。この被膜を施した磁石を着磁し、継鉄（ヨーク）上に着磁磁石を組み立てた。

従来のＶＣＭでは磁石のヨークへの固定に用いる接着剤の熱硬化処理での温度上昇が磁石性能の劣化を起こす可能性があったが、加熱温度１５０℃での試験では、ＶＣＭ推力定数は従来のＮｉメッキした磁石に比べ、１／２以下の劣化率であった。
アウトガス発生を確かめるため、恒温乾燥炉を用いて、想定使用温度１００℃で空気中に保持して、表面被膜の乾燥温度と重量変化を調べた。その結果を図２に示す。加熱乾燥温度が１２０℃の場合はアウトガスの問題が少しあるが、加熱乾燥温度が１５０℃ではアウトガスの問題が無いことが分った。また、比較例である従来のスチレン樹脂塗料（溶剤トルエン）よりアウトガスが少ないことも判明した。

ＭＲＩに使用される永久磁石Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂに本発明を適用した。
処理液としてはシリコンポリマ−及び有機樹脂の混合物（ハイブリッド品：エポキシ１８％，ポリエステル１２％，シリコ−ン３０％，プロピレングリコ−ルメチルエ−テルアセテ−ト４０％）を更に溶剤メタノ−ルに溶かし、固形分濃度４０％とした。

その後この液を用いて、分割された永久磁石をこの処理液に室温で超音波攪拌０．５分を含む１５分間浸漬し、１５０℃で乾燥した。この被膜を施した磁石を着磁し、継鉄（ヨーク）上に着磁磁石を組み立て、前記の処理液を磁石間に液が十分に入るようにスプレー塗布し、一体磁石の絶縁補強と共に磁石間接着を行った。
その後、リング、Ｙコイル、Ｚコイルを組み立て、前記処理液を刷毛塗布で部材間に染みこませ、乾燥して、部材間を固定した。ポールピースは四角形の電磁鋼板を積層し、前記処理液で結束し、歪み取り焼鈍したものを用いた。

本発明を活用することにより、分割磁石の固定や装置の組み立てが容易となり、本発明の高性能被膜磁石を用いたため、磁石ブロック間の絶縁は高くでき、更に、磁石間やポールピース片間の固定が容易で強度も保てるので、磁石ブロックやポールピース用積層電磁鋼板を分割して、その分割片のサイズを従来の約１／５にできたため、ポールピースや永久磁石での渦電流が抑制でき、渦電流によるＭＲＩ画像の鮮明度への影響を小さくできた。

エアコン用駆動モータの界磁にＮｄ−Ｆｅ−Ｂボンド磁石を用い、この磁石に本発明を適用した。
処理液としては濃度２０％の純シリコンポリマ−（４官能テトラエトキシシラン３０％とトリメトキシシラン７０％，溶剤イソプロパノ−ル）に界面活性剤０．５％を加えた。 その後、永久磁石をこの処理液に室温で超音波攪拌１分間を含む１５分浸漬し、１００℃で乾燥した。この被膜を施した磁石を回転子に組み込み着磁し、モータを製作した。
その結果、エアコンの耐冷媒性にも問題が無く、モータ温度変化による性能劣化もほとんど無かった。

繰り返し加熱温度と磁石性能劣化の関係を示す図。 加熱温度と被膜重量減少量の関係を示す図。

符号の説明

１：従来被膜の永久磁石
２：本発明被膜の永久磁石

Claims (8)

1. 永久磁石の表面に、純シリコンポリマ−，変性シリコンポリマ−，ハイブリッド型のシリコンポリマ−の１種または２種以上を主成分とする表面被膜を有する永久磁石。
2. 表面被膜の主成分としての純シリコンポリマ−において、純シリコンポリマ−４官能が５０％未満であることを特徴とする請求項１記載の表面被膜を有する永久磁石。
3. 表面被膜の主成分としての変性シリコンポリマ−が、アクリル変性シリコンポリマ−，アルキド変性シリコンポリマ−，ポリエステル変性シリコンポリマ−，エポキシ変性シリコンポリマ−の１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１記載の表面被膜を有する永久磁石。
4. 表面被膜の主成分としての有機樹脂とシリコ−ン樹脂の複合物のシリコンポリマ−が、アクリル・シリコンポリマ−，アルキド・シリコンポリマ−，ポリエステル・シリコンポリマ−，エポキシ・シリコンポリマ−の１種又は２種以上であることを特徴とする請求項１記載の表面被膜を有する永久磁石。
5. 表面被膜の硬度が１H 以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の表面被膜を有する永久磁石。
6. １００℃、１００時間での表面被膜の重量変化が５％以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の表面被膜を有する永久磁石。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の表面被膜を有する永久磁石を製造するに際し、純シリコンポリマ−，変性シリコンポリマ−，ハイブリッド型のシリコンポリマ−の１種または２種以上を主成分とする溶液を永久磁石の表面に付着させ、乾燥し、被膜厚み０．５〜５０μｍとすることを特徴とする表面被膜を有する永久磁石の製造方法。
8. 永久磁石の表面に溶液を付着させる方法を浸漬法、スプレ−法或いは塗布法のいずれかとし、永久磁石に周波数１０〜１００Ｈｚの超音波振動を与えながら浸漬、スプレ−或いは塗布の処理をすることを特徴とする請求項７記載の表面被膜を有する永久磁石の製造方法。
   

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