JP2008253046A - 一体化磁石体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 以下の工程を少なくとも含むことを特徴とする。
工程(1):スルホニウム基とプロパルギル基とを持つエポキシ樹脂からなる熱硬化樹脂組成物を含み、熱硬化過程における複素粘度η*の最小値が10Pa・s以上であるカチオン電着塗料を個々の磁石片の表面に電着塗装する工程、
工程(2):工程(1)で電着塗装した個々の磁石片を仮乾燥する工程、
工程(3):工程(2)で仮乾燥した個々の磁石片を積層する工程、
工程(4):工程(3)で積層した複数の磁石片からなる積層体を加熱することで熱硬化樹脂の熱硬化を完結させて磁石片同士を接着して一体化する工程。
【選択図】 図1
Description
磁石に交流磁界がかかると渦電流が発生して渦電流損失が起こる。従って、IPMに用いる磁石は、磁石に発生する渦電流を低減する必要がある。そのため、磁石を複数の磁石片に分割し、それらを互いに電気的に絶縁した状態で積層し、一体化磁石体として用いる方法が提案されている。
例えば、特許文献1には、磁石片と磁石片の間に薄膜でも優れた絶縁性を有する被膜を形成し、絶縁被膜の膜厚と、一体化磁石体の積層方向の全長に対する絶縁被膜の膜厚の総和の割合を、特定の値に設定する方法が記載されている。特許文献2には、予め加工しろを持たせた磁石片を絶縁被膜処理してから積層し、一体化後に仕上げ加工を行って加工しろを研削してから全体を絶縁被膜処理する方法が記載されている。
そこで本発明は、高い寸法精度を有し、しかも、耐食性や接着強度に優れる一体化磁石体の簡易な製造方法を提供することを目的とする。
工程(1):スルホニウム基とプロパルギル基とを持つエポキシ樹脂からなる熱硬化樹脂組成物を含み、熱硬化過程における複素粘度η*の最小値が10Pa・s以上であるカチオン電着塗料を個々の磁石片の表面に電着塗装する工程、
工程(2):工程(1)で電着塗装した個々の磁石片を仮乾燥する工程、
工程(3):工程(2)で仮乾燥した個々の磁石片を積層する工程、
工程(4):工程(3)で積層した複数の磁石片からなる積層体を加熱することで熱硬化樹脂の熱硬化を完結させて磁石片同士を接着して一体化する工程、
を少なくとも含むことを特徴とする。
また、請求項2記載の製造方法は、請求項1記載の製造方法において、工程(2)における仮乾燥を40〜120℃で行うことを特徴とする。
また、請求項3記載の製造方法は、請求項1又は2記載の製造方法において、工程(4)における加熱を130〜250℃で行うことを特徴とする。
また、請求項4記載の製造方法は、請求項1乃至3のいずれかに記載の製造方法において、カチオン電着塗料がさらに架橋樹脂粒子を含むことを特徴とする。
また、請求項5記載の製造方法は、請求項4記載の製造方法において、架橋樹脂粒子の含有量が塗料中の樹脂固形分に対して1〜30重量%であることを特徴とする。
また、請求項6記載の製造方法は、請求項1乃至5のいずれかに記載の製造方法において、カチオン電着塗料がさらに絶縁球状粒子を含むことを特徴とする。
また、請求項7記載の製造方法は、請求項6記載の製造方法において、絶縁粒子がアルミナ粒子、シリカ粒子、ガラスビーズから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする。
また、請求項8記載の製造方法は、請求項6又は7記載の製造方法において、絶縁粒子がD10%径が5μm以上でD90%径が100μm以下の球状であることを特徴とする。
また、請求項9記載の製造方法は、請求項6乃至8のいずれかに記載の製造方法において、カチオン電着塗料中の絶縁粒子の含有量が1〜30体積%であることを特徴とする。
また、本発明の一体化磁石体は、請求項10記載の通り、請求項1記載の製造方法によって製造されてなることを特徴とする。
また、本発明のモータは、請求項11記載の通り、請求項10記載の一体化磁石体が組み込まれてなることを特徴とする。
工程(1):スルホニウム基とプロパルギル基とを持つエポキシ樹脂からなる熱硬化樹脂組成物を含み、熱硬化過程における複素粘度η*の最小値が10Pa・s以上であるカチオン電着塗料を個々の磁石片の表面に電着塗装する工程、
工程(2):工程(1)で電着塗装した個々の磁石片を仮乾燥する工程、
工程(3):工程(2)で仮乾燥した個々の磁石片を積層する工程、
工程(4):工程(3)で積層した複数の磁石片からなる積層体を加熱することで熱硬化樹脂の熱硬化を完結させて磁石片同士を接着して一体化する工程、
を少なくとも含むことを特徴とするものである。
以下、本発明の複数の磁石片を積層一体化してなる一体化磁石体の製造方法を、工程順に説明する。
工程(1)において用いるカチオン電着塗料に含まれる、スルホニウム基とプロパルギル基とを持つエポキシ樹脂からなる熱硬化樹脂組成物としては、例えば、特開2002−275431号公報に記載の、フェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を骨格とする樹脂からなるものであって、数平均分子量として700〜5000を有するものであり、樹脂組成物の固形分100g当り、スルホニウム基を5〜250mmol及びプロパルギル基を10〜395mmol含有し、スルホニウム基及びプロパルギル基の合計含有量が400mmol以下であるものが挙げられる。
工程(2)における仮乾燥とは、磁石片の表面に形成された塗膜の水分を除去することで、粘り気や粘性がない(tackフリー)状態にまで乾燥することを意味する。仮乾燥は、40〜120℃で行うことが望ましい。仮乾燥温度が40℃未満であると、塗膜中の水分の除去に長時間を要することで生産性が悪化するおそれがある一方、120℃を超えると、塗膜の硬化が進んでしまい、工程(4)において、硬化が完結していない熱硬化樹脂が有する接着性を利用した磁石片の積層一体化が困難になるおそれがある。なお、仮乾燥は、通常、3〜120分間行うことで、塗膜中の水分を充分に除去することができる。
所定の個数の磁石片を用いて規格通りに行えばよい。
工程(4)における熱硬化樹脂の熱硬化を完結させるための加熱は、130〜250℃で行うことが望ましい。加熱温度が130℃未満であると、熱硬化樹脂の熱硬化を完結させるのに長時間を要することで生産性が悪化するおそれがある一方、250℃を超えると、熱硬化樹脂が劣化するなどしてその特性が損なわれるおそれがある。なお、加熱時間は、通常、5〜240分間でよい。また、加熱を行う際、磁石片の接着面同士に圧力が加わるように積層体を加圧することで、より優れた寸法精度を有する一体化磁石体を得ることができる。加圧の効果を充分に発揮させるためには、圧力は0.05MPa以上が望ましい。圧力の上限値は、実用上問題のない範囲であれば特段規定する必要はないが、通常、2.0MPaである。
工程(1)
(ア)スルホニウム基とプロパルギル基とを持つエポキシ樹脂からなる熱硬化樹脂組成物の調製
エポキシ当量200.4のエポトートYDCN−701(東都化成社製のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂)100.0重量部にプロパルギルアルコール23.6重量部、ジメチルベンジルアミン0.3重量部を攪拌機、温度計、窒素導入管及び還流冷却管を備えたセパラブルフラスコに加え、105℃に昇温し、3時間反応させてエポキシ当量が1580のプロパルギル基を含有する樹脂組成物を得た。このものに銅アセチルアセトナート2.5重量部を加え90℃で1.5時間反応させた。プロトン(1H)NMRで付加プロパルギル基末端水素の一部が消失していることを確認した(14mmol/100g樹脂固形分相当量のアセチリド化されたプロパルギル基を含有)。このものに、1−(2−ヒドロキシエチルチオ)−2,3−プロパンジオール10.6重量部、氷酢酸4.7重量部、脱イオン水7.0重量部を入れ75℃で保温しつつ6時間反応させ、残存酸価が5以下であることを確認した後、脱イオン水43.8重量部を加え、目的の樹脂組成物溶液を得た。このものの固形分濃度は70.0重量%、スルホニウム価は28.0mmol/100gワニスであった。数平均分子量(ポリスチレン換算GPC)は2443であった。
反応容器にブチルセルソルブ120部を入れ120℃に加熱攪拌した。ここにt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート2部及びブチルセルソルブ10部を混合した溶液と、グリシジルメタクリレート15部、2−エチルヘキシルメタクリレート50部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート40部及びn−ブチルメタクリレート15部からなる溶解性パラメータが10.1であるモノマー混合物とを3時間で滴下した。30分間エージングした後、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート0.5部及びブチルセルソルブ5部を混合した溶液を30分で滴下し、2時間エージングした後、冷却した。このアンモニウム基を有するアクリル樹脂は、GPC測定により数平均分子量は12000、重量平均分子量は28000であった。ここにN,N−ジメチルアミノエタノール7部及び50%乳酸水溶液15部を加えて80℃で加熱攪拌することにより4級化を行った。酸価が1以下になり、粘度上昇が止まった時点で加熱を停止し、不揮発分30%のアンモニウム基を有するアクリル樹脂溶液を得た。このアンモニウム基を有するアクリル樹脂の1分子あたりのアンモニウム基の個数は6.0個であった。
反応容器に、以上のようにして得たアンモニウム基を有するアクリル樹脂溶液を20部と脱イオン水270部とを加え、75℃で加熱攪拌した。ここに2,2’−アゾビス(2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン)1.5部の酢酸100%中和水溶液を5分かけて滴下した。5分間エージングした後、メチルメタクリレート30部を5分かけて滴下した。更に5分間エージングした後、アンモニウム基を有するアクリル樹脂溶液を70部と脱イオン水250部とを混合した溶液に、メチルメタクリレート170部、スチレン40部、n−ブチルメタクリレート30部、グリシジルメタクリレート5部及びネオペンチルグリコールジメタクリレート30部からなるα,β−エチレン性不飽和モノマー混合物を加え攪拌して得られたプレエマルションを40分かけて滴下した。60分間エージングした後、冷却し、架橋樹脂粒子の水分散液を得た。得られた架橋樹脂粒子の水分散液の不揮発分は35%、pHは5.0、体積平均粒子径は100nmであった。
(ア)で得た熱硬化樹脂組成物142.9部に脱イオン水157.1部を加え、更に、塗料中の樹脂固形分に対する架橋樹脂粒子の割合が4.0質量%になるように(イ)で得た架橋樹脂粒子の水分散液を加え、高速回転ミキサーで1時間撹拌後、固形分濃度が15重量%となるように水溶液を調製することで得た。
(ウ)で得たカチオン電着塗料をステンレス容器に移して電着浴(浴温:30℃)とし、ここに前処理として日本ペイント社製のサーフダインSD−5000を用いたリン酸亜鉛処理を表面に施した磁石片が陰極となるようにして、100Vの電圧を印加し、塗料を攪拌しながら、工程(2)における仮乾燥後の塗膜の膜厚が約30μmとなるように行った。
電着塗装後、電着浴から引き上げた磁石片を液面上に上げた状態のまま、30秒間自然乾燥させてから水洗し、100℃で25分間仮乾燥を行い、tackフリーの塗膜を有する磁石片を得た。
工程(2)で仮乾燥した3個の磁石片を、15mm×4mmの面が互いに当接するように積層した。
工程(3)で得た3個の磁石片からなる積層体に対し、テフロン(登録商標)テープを貼り付けた治具を用いて0.2MPaで加圧しながら190℃で90分間加熱を行い、熱硬化樹脂の熱硬化を完結させて磁石片同士を接着して一体化磁石体を得た(樹脂被膜の膜厚は約30μm)。
実施例1の工程(1)の(ウ)で得たカチオン電着塗料に、絶縁粒子としてマイクロン社製の球状アルミナ微粒子(AX−118;D10%径=10μm、D50%径=17μm、D90%径=24μm)を3体積%相当量添加し、球状アルミナ微粒子分散カチオン電着塗料を得た。この球状アルミナ微粒子分散カチオン電着塗料を用いて実施例1と同様にして一体化磁石体を得た。
実施例1の工程(1)の(ア)で得た熱硬化樹脂組成物142.9部に脱イオン水157.1部を加え、更に、塗料中の樹脂固形分に対する架橋樹脂粒子の割合が20質量%になるように実施例1の工程(1)の(イ)で得た架橋樹脂粒子の水分散液を加え、高速回転ミキサーで1時間撹拌後、固形分濃度が15重量%となるように水溶液を調製することでカチオン電着塗料を得、この塗料に、絶縁粒子としてユニオン社製の球状ガラスビーズ(UB−01L;D10%径=17μm、D50%径=27μm、D90%径=35μm)を10体積%相当量添加し、球状ガラスビーズ分散カチオン電着塗料を得た。この球状ガラスビーズ分散カチオン電着塗料を用いて実施例1と同様にして一体化磁石体を得た。
実施例3で得たカチオン電着塗料に、絶縁粒子として電気化学工業社製の球状シリカ微粒子(FB−40S;D10%径=18μm、D50%径=40μm、D90%径=73μm)を15体積%相当量添加し、球状シリカ微粒子分散カチオン電着塗料を得た。この球状シリカ微粒子分散カチオン電着塗料を用いて実施例1と同様にして一体化磁石体を得た。
日本ペイント社製のアミノ変性エポキシ樹脂をベースとするブロックイソシアネート硬化型カチオン電着塗料(パワートップU−600M)に、絶縁粒子として実施例3で用いたユニオン社製の球状ガラスビーズを5体積%相当量添加し、球状ガラスビーズ分散カチオン電着塗料を得た。この球状ガラスビーズ分散カチオン電着塗料を用いて実施例1と同様にして一体化磁石体を得た。
実施例1〜4及び比較例1で得た一体化磁石体の寸法精度、耐食性、接着強度の性能評価を以下の方法に従って行った。評価結果を、それぞれの製造に用いたカチオン電着塗料の熱硬化過程における複素粘度η*の最小値(測定方法は以下の通り)とともに表1に示す。
(ア)寸法精度
工程(4)における熱硬化樹脂の硬化前後での磁石片の位置ズレが0.5mm未満であれば○、0.5mm以上であれば×とした。
(イ)耐食性
35℃の5%NaCl水溶液を48時間噴霧する塩水噴霧試験を行って錆が発生しなければ○、発生すれば×とした。
(ウ)接着強度
30℃と150℃における2mm/分の圧縮剪断試験にて5MPa以上の接着強度を有していれば○、有していなければ×とした。
(エ)複素粘度
特開2004−27214号公報に記載の方法に従って測定した。具体的には、粘弾性測定装置(ユービーエム社製:Rheosol−G3000)を用い、昇温速度を3℃/分、測定終了温度を工程(4)における熱硬化樹脂の加熱温度である190℃とし、直径18mmのパラレルプレートを用い、粘度測定時のプレート間距離を0.41mmとし、周波数を1Hzとして測定した。
図1に示すような方法で実施例3の一体化磁石体を用いてIPMを製造した。このIPMは、高いモータ効率を有していた。
2 コア
3 ロータ
4 スロット
5 一体化磁石体(ロータ用磁石)
Claims (11)
- 複数の磁石片を積層一体化してなる一体化磁石体の製造方法であって、
工程(1):スルホニウム基とプロパルギル基とを持つエポキシ樹脂からなる熱硬化樹脂組成物を含み、熱硬化過程における複素粘度η*の最小値が10Pa・s以上であるカチオン電着塗料を個々の磁石片の表面に電着塗装する工程、
工程(2):工程(1)で電着塗装した個々の磁石片を仮乾燥する工程、
工程(3):工程(2)で仮乾燥した個々の磁石片を積層する工程、
工程(4):工程(3)で積層した複数の磁石片からなる積層体を加熱することで熱硬化樹脂の熱硬化を完結させて磁石片同士を接着して一体化する工程、
を少なくとも含むことを特徴とする製造方法。 - 工程(2)における仮乾燥を40〜120℃で行うことを特徴とする請求項1記載の製造方法。
- 工程(4)における加熱を130〜250℃で行うことを特徴とする請求項1又は2記載の製造方法。
- カチオン電着塗料がさらに架橋樹脂粒子を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の製造方法。
- 架橋樹脂粒子の含有量が塗料中の樹脂固形分に対して1〜30重量%であることを特徴とする請求項4記載の製造方法。
- カチオン電着塗料がさらに絶縁粒子を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の製造方法。
- 絶縁粒子がアルミナ粒子、シリカ粒子、ガラスビーズから選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項6記載の製造方法。
- 絶縁粒子がD10%径が5μm以上でD90%径が100μm以下の球状であることを特徴とする請求項6又は7記載の製造方法。
- カチオン電着塗料中の絶縁粒子の含有量が1〜30体積%であることを特徴とする請求項6乃至8のいずれかに記載の製造方法。
- 請求項1記載の製造方法によって製造されてなることを特徴とする一体化磁石体。
- 請求項10記載の一体化磁石体が組み込まれてなることを特徴とするモータ。
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