JP4495287B2 - ポリイミド樹脂被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用モータや家電製品などに使用される、優れた耐食性・電気絶縁性・耐熱性が要求される希土類系永久磁石の製造方法に関する。より詳細には、優れた耐食性・電気絶縁性・耐熱性を有するポリイミド樹脂被膜を、簡便な方法で優れた密着性のもとに磁石上に形成する、該被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石に代表されるＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石などの希土類系永久磁石は、高い磁気特性を有しており、今日様々な分野で使用されている。
しかし、希土類系永久磁石は、大気中で酸化腐食されやすい金属種（特にＲ）を含む。それ故、表面処理を行わずに使用した場合には、わずかな酸やアルカリや水分などの影響によって表面から腐食が進行して錆が発生し、それに伴って、磁気特性の劣化やばらつきを招くことになる。さらに、磁気回路などの装置に組み込んだ磁石に錆が発生した場合、錆が飛散して周辺部品を汚染する恐れがある。
上記の点に鑑み、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石に優れた耐食性・電気絶縁性・耐熱性を付与することを目的として、その表面にポリイミド樹脂被膜を形成することはこれまでにも検討がなされている（例えば、特開平９−１８０９２２号公報を参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これまでに提案されている技術は、いずれも二種類の原料モノマー（芳香族カルボン酸二無水物と芳香族ジアミン）を使用した縮合型ポリイミド樹脂からなる被膜を蒸着重合法によって形成する方法に関するものである。これらの技術は、優れた性能を有するポリイミド樹脂被膜を形成する方法として価値あるものであるが、蒸着重合法を行うためには大がかりな装置が必要である。また、清浄化などの前処理を厳格に行わなければならない。従って、製造コストの上昇を招き、量産化の観点からは必ずしも満足すべきものではない。
そこで、本発明においては、優れた耐食性・電気絶縁性・耐熱性を有するポリイミド樹脂被膜を、簡便な方法で優れた密着性のもとに磁石上に形成する、該被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の点に鑑み種々の検討を行う過程において、ポリイミド樹脂の中で特に付加型ポリイミド樹脂に着目した。付加型ポリイミド樹脂は、樹脂分子の末端に不飽和基を有し、付加反応やラジカル反応による三次元架橋により得られるものであるが、有機溶剤に可溶であるため溶液状で塗布でき、また、硬化に際して水が生成することがないので、磁石が酸化腐食されやすいことを考慮すれば非常に都合のよい樹脂である。
本発明者らは、付加型ポリイミド樹脂を使用した樹脂被膜について、鋭意検討を行った結果、付加型ポリイミド樹脂を特定の溶剤に溶解して磁石表面に塗布した後、特定の条件下でこれを硬化させると、形成される樹脂被膜は、磁石表面の微細な凹凸にも空隙を生ずることなく浸透し、磁石表面に対して優れた密着性を有することを知見した。
【０００５】
本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、本発明のポリイミド樹脂被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法は、請求項１記載の通り、希土類系永久磁石表面に、金属被膜を形成することなく、付加型ポリイミド樹脂を芳香族溶剤と含酸素溶剤とからなる混合溶剤に溶解して得られる溶液を塗布した後、１００℃〜４００℃の温度範囲内でこれを加熱硬化させることを特徴とする。
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、希土類系永久磁石がＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石であることを特徴とする。
また、請求項３記載の製造方法は、請求項１または２記載の製造方法において、付加型ポリイミド樹脂が下記一般式（Ｉ）で表されるビスアルケニル置換ナジイミドであることを特徴とする。
【化２】
［式中、ＡはＣ２〜Ｃ２０のアルキレン基、Ｃ５〜Ｃ８のシクロアルキレン基、Ｃ６〜Ｃ１２の２価の芳香族基、−Ａ’ａ−Ｃ６Ｈ４−Ａ”−（ａは０または１、Ａ’、Ａ”はそれぞれ独立に選ばれたＣ１〜Ｃ４のアルキレン基）で表されるアルキレン・フェニレン基、−Ｃ６Ｈ４−Ｔ−Ｃ６Ｈ４−（Ｔはメチレン基、エチリデン基、プロピリデン基）で表される基を示す。］
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、芳香族溶剤／含酸素溶剤が重量比で１０／９０〜９０／１０であることを特徴とする。
また、請求項５記載の製造方法は、請求項１乃至４のいずれかに記載の製造方法において、含酸素溶剤がケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤から選択される少なくとも一種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４のいずれかに記載の製造方法において、含酸素溶剤がメチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルから選択される少なくとも一種であることを特徴とする。
また、請求項７記載の製造方法は、請求項１乃至６のいずれかに記載の製造方法において、付加型ポリイミド樹脂を芳香族溶剤と含酸素溶剤とからなる混合溶剤に溶解して得られる溶液がさらにレベリング剤を含んでいることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明における付加型ポリイミド樹脂としては、例えば、ビスアルケニル置換ナジイミド、末端ナジック酸型ポリイミド（ＰＭＲ）、ビスマレイミド型ポリイミド、末端アセチレン型ポリイミドなどの公知のものを使用することができる。本発明では、これらの中でも特に、無水アリルナジック酸とジアミンから合成され、脱水閉環反応が完結した両末端にアリル基を有するイミドモノマーである、下記一般式（Ｉ）で表されるビスアルケニル置換ナジイミドから得られる樹脂を使用することが、有機溶剤への優れた溶解性と磁石表面に対する優れた密着性の点で望ましい。なお、下記一般式（Ｉ）で表されるビスアルケニル置換ナジイミドは、公知の化合物であるか、または公知の化合物から自体周知の方法によって合成することができる（例えば、特開平５−９２２２号公報や特開平７−５３５１６号公報を参照）。
【０００７】
【化３】
［式中、ＡはＣ２〜Ｃ２０のアルキレン基、Ｃ５〜Ｃ８のシクロアルキレン基、Ｃ６〜Ｃ１２の２価の芳香族基、−Ａ’ａ−Ｃ６Ｈ４−Ａ”−（ａは０または１、Ａ’、Ａ”はそれぞれ独立に選ばれたＣ１〜Ｃ４のアルキレン基）で表されるアルキレン・フェニレン基、−Ｃ６Ｈ４−Ｔ−Ｃ６Ｈ４−（Ｔはメチレン基、エチリデン基、プロピリデン基）で表される基を示す。］
【０００８】
本発明の、磁石表面へのポリイミド樹脂被膜の形成は、付加型ポリイミド樹脂を芳香族溶剤と含酸素溶剤とからなる混合溶剤に溶解して得られる溶液を磁石表面に塗布した後、これを熱処理により硬化させる方法、いわゆる溶液法によって行う。この方法は、蒸着重合法と比較して簡便に行え、製造コストの上昇を招くことなく量産化が可能となる点において有利である。
【０００９】
混合溶剤を構成する芳香族溶剤は、特に限定されず、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンおよびこれらの混合物などを使用することができる。
【００１０】
一方、含酸素溶剤としては、例えば、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、グリコールエーテル系溶剤が挙げられるが、これらの中でも、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤を使用することが、磁石表面に対するポリイミド樹脂被膜の密着性や平滑性を優れたものにする点で望ましい。ケトン系溶剤としては、具体的には、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどが挙げられる。エーテル系溶剤としては、具体的には、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどが挙げられる。エステル系溶剤としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどが挙げられる。これらの含酸素溶剤は、単独で使用しても二種以上を混合して使用してもよい。
【００１１】
芳香族溶剤と含酸素溶剤の混合比は、芳香族溶剤の含量が少なくなると付加型ポリイミド樹脂に対する溶解力が小さくなり、また、含酸素溶剤の含量が少なくなるとポリイミド樹脂被膜の磁石表面に対する密着性が悪くなったり、表面平滑性が低下してゆず肌気味になる恐れがあるため、芳香族溶剤／含酸素溶剤の重量比で１０／９０〜９０／１０が望ましく、３０／７０〜７０／３０がより望ましい。
【００１２】
付加型ポリイミド樹脂を混合溶剤に溶解した際の溶液濃度は、樹脂が常温で混合溶剤に完全に溶解する範囲であれば特に限定されないが、通常は、混合溶剤に溶解した樹脂濃度で、５重量％〜８０重量％が望ましく、１５重量％〜６０重量％がより望ましい。樹脂を溶解する方法は特に限定されず、常温で溶け難い場合は加温して溶解することもできる。
【００１３】
付加型ポリイミド樹脂を混合溶剤に溶解して得られる溶液の磁石表面への塗布方法としては、ディップコーティング法、スプレー法、スピンコート法などの公知の方法を用いることができる。
【００１４】
付加型ポリイミド樹脂を混合溶剤に溶解して得られる溶液を磁石表面に塗布した後、これを熱処理により硬化させる。この時の熱処理は１００℃〜４００℃の温度範囲で行う。望ましくは１５０℃〜３００℃の温度範囲である。１００℃未満であると硬化反応が十分に進行しない恐れがあり、４００℃を越えると樹脂被膜の劣化を招く恐れがあるからである。熱処理時間は、通常、１分〜３０時間、望ましくは３分〜５時間である。
なお、必要に応じて、熱処理を行う前に、混合溶剤を除去するための乾燥処理（例えば、室温〜９０℃の条件下、５分〜１時間）を行ってもよい。
【００２０】
また、酸素雰囲気中での酸化処理や大気中での自然酸化によって、磁石表面や金属被膜表面に酸化被膜を形成した後、その表面にポリイミド樹脂被膜を形成してもよい。このような構成を採ることにより、磁石表面や磁石上の金属被膜表面に対するポリイミド樹脂被膜の密着性を向上させることができる。
【００２１】
本発明ではさらに、付加型ポリイミド樹脂を芳香族溶剤と含酸素溶剤とからなる混合溶剤に溶解して得られる溶液にレベリング剤を配合して使用することができる。レベリング剤を配合することにより、形成されるポリイミド樹脂被膜の、磁石表面の微細な凹凸に対する浸透性を促進し、樹脂被膜の磁石表面に対する密着性をさらに高めるとともに、樹脂被膜の表面平滑性および膜厚の均一性を向上させることができる。
【００２２】
配合可能なレベリング剤は特に限定されるものではなく、例えば、アクリル系アルキルエステル（例えば、楠本化成社製の商品名：ディスパロン１９７０、三菱レイヨン社製の商品名：ダイヤエイドＡＤ−９００２など）、ノニオン系フッ素化アルキルエステル（例えば、住友スリーエム社製の商品名：フロラートＦＣ−４３０、大日本インキ化学工業社製の商品名：メガファックＦ−１７７など）、シリコーン系化合物（例えば、楠本化成社製の商品名：ディスパロン１７６１、信越化学工業社製の商品名：信越シリコーンＫＰ３４１など）などの公知のものを使用することができる。レベリング剤の配合量は常用的な範囲内で特に制限はないが、多すぎる場合には硬化後にひび割れや膨れが発生する恐れがあるため、付加型ポリイミド樹脂溶液１００重量部に対して、１０重量部以下とすることが望ましく、０．００５重量部〜５重量部がさらに望ましい。
【００２３】
上記の方法によって形成されるポリイミド樹脂被膜は、磁石表面や磁石上の金属被膜表面に対して強固に密着しているので、膜厚が１μｍ以上であれば優れた耐食性などの性能を発揮する。ポリイミド樹脂被膜の膜厚の上限は限定されるものではないが、磁石自体の小型化に基づく要請から、１５μｍ以下が望ましく、１０μｍ以下がより望ましい。
なお、必要に応じて、付加型ポリイミド樹脂を混合溶剤に溶解して得られる溶液の磁石表面への塗布とそれに続く熱処理を複数回繰り返して行ってもよい。
【００２４】
本発明の方法によって得られたポリイミド樹脂被膜の上に、さらに別の被膜を積層形成してもよい。このような構成を採用することによって、ポリイミド樹脂被膜の特性を増強・補完したり、さらなる機能性を付与したりすることができる。
【００２５】
本発明において用いられる希土類系永久磁石における希土類元素（Ｒ）は、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂ、Ｓｍのうち少なくとも１種、あるいはさらに、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙのうち少なくとも１種を含むものが望ましい。
また、通常はＲのうち１種をもって足りるが、実用上は２種以上の混合物（ミッシュメタルやジジムなど）を入手上の便宜などの理由によって使用することもできる。
【００２６】
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石におけるＲの含量は、１０原子％未満では結晶構造がα−Ｆｅと同一構造の立方晶組織となるため、高磁気特性、特に高い保磁力（ＨｃＪ）が得られず、一方、３０原子％を超えるとＲリッチな非磁性相が多くなり、残留磁束密度（Ｂｒ）が低下して優れた特性の永久磁石が得られないので、Ｒの含量は組成の１０原子％〜３０原子％であることが望ましい。
【００２７】
Ｆｅの含量は、６５原子％未満ではＢｒが低下し、８０原子％を超えると高いＨｃＪが得られないので、６５原子％〜８０原子％の含有が望ましい。
また、Ｆｅの一部をＣｏで置換することによって、得られる磁石の磁気特性を損なうことなしに温度特性を改善することができるが、Ｃｏ置換量がＦｅの２０％を超えると、磁気特性が劣化するので望ましくない。Ｃｏ置換量が５原子％〜１５原子％の場合、Ｂｒは置換しない場合に比較して増加するため、高磁束密度を得るのに望ましい。
【００２８】
Ｂの含量は、２原子％未満では菱面体構造が主相となり、高いＨｃＪは得られず、２８原子％を超えるとＢリッチな非磁性相が多くなり、Ｂｒが低下して優れた特性の永久磁石が得られないので、２原子％〜２８原子％の含有が望ましい。
また、磁石の製造性の改善や低価格化のために、２．０ｗｔ％以下のＰ、２．０ｗｔ％以下のＳのうち、少なくとも１種、合計量で２．０ｗｔ％以下を含有していてもよい。さらに、Ｂの一部を３０ｗｔ％以下のＣで置換することによって、磁石の耐食性を改善することができる。
【００２９】
さらに、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｈｆ、Ｇａのうち少なくとも１種の添加は、保磁力や減磁曲線の角型性の改善、製造性の改善、低価格化に効果がある。なお、その添加量は、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘを１５９ｋＪ／ｍ３以上とするためには、Ｂｒが少なくとも０．９Ｔ以上必要となるので、該条件を満たす範囲で添加することが望ましい。
なお、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石には、Ｒ、Ｆｅ、Ｂ以外に工業的生産上不可避な不純物を含有するものでも差し支えない。
【００３０】
さらに、上記以外のＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石としては、特開平９−９２５１５号公報に記載されているような異方性Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石、特開平８−２０３７１４号公報に記載されているようなソフト磁性相（例えば、α−ＦｅやＦｅ３Ｂ）とハード磁性相（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系ナノコンポジット磁石、従来から広く使用されている液体急冷系等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末（例えば、商品名：ＭＱＰ−Ｂ・ＭＱＩ社製）を用いたボンド磁石などが挙げられる。これらはいずれも、エポキシ樹脂などのバインダーを用い、所定の形状に成形されることによって使用される。
【００３１】
また、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ系永久磁石としては、例えば、特公平５−８２０４１号公報記載の（Ｆｅ１−ｘＲｘ）１−ｙＮｙ（０．０７≦ｘ≦０．３，０．００１≦ｙ≦０．２）で表されることを特徴とする永久磁石が挙げられる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。なお、以下の実施例は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用いて行ったものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３３】
例えば、米国特許４７７０７２３号公報に記載されているようにして、公知の鋳造インゴットを粉砕し、微粉砕後に成形、焼結、熱処理、表面加工を行うことによって得られた１７Ｎｄ−１Ｐｒ−７５Ｆｅ−７Ｂ組成の２３ｍｍ×１０ｍｍ×６ｍｍ寸法の焼結磁石（以下「磁石体試験片」と称する）を用いて以下の実験を行った。以下の実験において、ポリイミド樹脂被膜の膜厚および金属被膜の膜厚は破断面の電子顕微鏡観察によって測定した。
【００３４】
実施例１−実施例４：
付加型ポリイミド樹脂として、上述の一般式（Ｉ）における置換基Ａが（−Ｃ６Ｈ４−ＣＨ２−Ｃ６Ｈ４−）基である物質（丸善石油化学社製の商品名：ＢＡＮＩ−Ｍ）を使用し、これを表１に示す組成の混合溶剤に溶解して、樹脂濃度３０重量％の溶液を調製した。この樹脂溶液をスプレー法により磁石体試験片の表面に塗布し、室温で１０分間風乾した後、２５０℃で１５分間加熱硬化させ、磁石体試験片表面にポリイミド樹脂被膜を形成した。形成されたポリイミド樹脂被膜の膜厚はいずれも５μｍであり、磁石体試験片表面とポリイミド樹脂被膜の界面に空隙は観察されなかった。
次いで、ポリイミド樹脂被膜を有する各磁石体試験片を温度５０℃×相対湿度９０％の高温高湿条件下に放置して耐食性加速試験を行った。結果を表１に示す。表１から明らかなように、いずれの試験片も試験開始から９００時間までは錆は発生せず、優れた耐食性を示した。
ポリイミド樹脂被膜を有する各磁石体試験片の電気絶縁性を体積抵抗率（ρ）によって評価したところ、いずれの試験片も１×１０１５Ω・ｃｍ以上という優れた値を示した。なお、体積抵抗率は、試験片に電極付けを行い、被膜表面と磁石間の抵抗を測定し、ρ＝Ｒ・Ｓ／ｌの数式から求めた（Ｒ：抵抗（Ω）、Ｓ：電極面積（ｃｍ２）、ｌ：ポリイミド樹脂被膜膜厚（ｃｍ））。
ポリイミド樹脂被膜を有する各磁石体試験片の耐熱性を熱変形温度によって評価したところ、いずれの試験片も２８０℃以上という優れた値を示した。なお、熱変形温度は、大気中２０時間その温度に放置して被膜の変色、亀裂などが生じる温度とした。
【００３５】
【表１】
【００３６】
比較例１：
付加型ポリイミド樹脂の溶剤としてトルエンを単独で使用した以外は実施例１と同様にして磁石体試験片の表面にポリイミド樹脂被膜を形成した。形成されたポリイミド樹脂被膜の膜厚は５μｍであった。次いで、実施例１と同様の方法で試験片の耐食性加速試験を行った結果、当該試験片は約１００時間で被膜剥離と発錆が観察され、ポリイミド樹脂被膜の密着性が不十分であると判断された。
【００３８】
実施例６：
実施例１において、付加型ポリイミド樹脂溶液１００重量部にアクリル系アルキルエステルのレベリング剤（楠本化成社製の商品名：ディスパロン１９７０）０．５重量部を添加した以外は実施例１と同様にして、磁石体試験片表面にポリイミド樹脂被膜を形成した。形成されたポリイミド樹脂被膜の膜厚は５μｍであった。
実施例１と同様の方法で試験片の耐食性加速試験を行った結果、試験開始から１５００時間を経過しても発錆や被膜剥離などは観察されず、優れた耐食性を示した。実施例１と同様の方法で電気絶縁性を体積抵抗率（ρ）によって評価したところ、１×１０１５Ω・ｃｍ以上という優れた値を示した。実施例１と同様の方法で耐熱性を熱変形温度によって評価したところ、２８０℃以上という優れた値を示した。
【００３９】
実施例７：
付加型ポリイミド樹脂として、一般式（Ｉ）における置換基Ａが（−ＣＨ２−Ｃ６Ｈ４−ＣＨ２−）基である物質（丸善石油化学社製の商品名：ＢＡＮＩ−Ｘ）を使用した以外は実施例２と同様にして、磁石体試験片表面にポリイミド樹脂被膜を形成した。形成されたポリイミド樹脂被膜の膜厚は５μｍであった。
実施例１と同様の方法で試験片の耐食性加速試験を行った結果、試験開始から１２００時間までは発錆や被膜剥離などは観察されず、優れた耐食性を示した。実施例１と同様の方法で電気絶縁性を体積抵抗率（ρ）によって評価したところ、１×１０１５Ω・ｃｍ以上という優れた値を示した。実施例１と同様の方法で耐熱性を熱変形温度によって評価したところ、２８０℃以上という優れた値を示した。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、希土類系永久磁石表面に、優れた耐食性・電気絶縁性・耐熱性を有するポリイミド樹脂被膜を、簡便な方法で優れた密着性のもとに磁石上に形成することができる。また、スプレー法などの汎用の塗布手段によって樹脂被膜を形成できるため、従来の蒸着重合法に比較して製造コストの上昇を招くことなく量産化が可能となる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用モータや家電製品などに使用される、優れた耐食性・電気絶縁性・耐熱性が要求される希土類系永久磁石の製造方法に関する。より詳細には、優れた耐食性・電気絶縁性・耐熱性を有するポリイミド樹脂被膜を、簡便な方法で優れた密着性のもとに磁石上に形成する、該被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石に代表されるＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石などの希土類系永久磁石は、高い磁気特性を有しており、今日様々な分野で使用されている。
しかし、希土類系永久磁石は、大気中で酸化腐食されやすい金属種（特にＲ）を含む。それ故、表面処理を行わずに使用した場合には、わずかな酸やアルカリや水分などの影響によって表面から腐食が進行して錆が発生し、それに伴って、磁気特性の劣化やばらつきを招くことになる。さらに、磁気回路などの装置に組み込んだ磁石に錆が発生した場合、錆が飛散して周辺部品を汚染する恐れがある。
上記の点に鑑み、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石に優れた耐食性・電気絶縁性・耐熱性を付与することを目的として、その表面にポリイミド樹脂被膜を形成することはこれまでにも検討がなされている（例えば、特開平９−１８０９２２号公報を参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これまでに提案されている技術は、いずれも二種類の原料モノマー（芳香族カルボン酸二無水物と芳香族ジアミン）を使用した縮合型ポリイミド樹脂からなる被膜を蒸着重合法によって形成する方法に関するものである。これらの技術は、優れた性能を有するポリイミド樹脂被膜を形成する方法として価値あるものであるが、蒸着重合法を行うためには大がかりな装置が必要である。また、清浄化などの前処理を厳格に行わなければならない。従って、製造コストの上昇を招き、量産化の観点からは必ずしも満足すべきものではない。
そこで、本発明においては、優れた耐食性・電気絶縁性・耐熱性を有するポリイミド樹脂被膜を、簡便な方法で優れた密着性のもとに磁石上に形成する、該被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の点に鑑み種々の検討を行う過程において、ポリイミド樹脂の中で特に付加型ポリイミド樹脂に着目した。付加型ポリイミド樹脂は、樹脂分子の末端に不飽和基を有し、付加反応やラジカル反応による三次元架橋により得られるものであるが、有機溶剤に可溶であるため溶液状で塗布でき、また、硬化に際して水が生成することがないので、磁石が酸化腐食されやすいことを考慮すれば非常に都合のよい樹脂である。
本発明者らは、付加型ポリイミド樹脂を使用した樹脂被膜について、鋭意検討を行った結果、付加型ポリイミド樹脂を特定の溶剤に溶解して磁石表面に塗布した後、特定の条件下でこれを硬化させると、形成される樹脂被膜は、磁石表面の微細な凹凸にも空隙を生ずることなく浸透し、磁石表面に対して優れた密着性を有することを知見した。
【０００５】
本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、本発明のポリイミド樹脂被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法は、請求項１記載の通り、希土類系永久磁石表面に、金属被膜を形成することなく、付加型ポリイミド樹脂を芳香族溶剤と含酸素溶剤とからなる混合溶剤に溶解して得られる溶液を塗布した後、１００℃〜４００℃の温度範囲内でこれを加熱硬化させることを特徴とする。
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、希土類系永久磁石がＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石であることを特徴とする。
また、請求項３記載の製造方法は、請求項１または２記載の製造方法において、付加型ポリイミド樹脂が下記一般式（Ｉ）で表されるビスアルケニル置換ナジイミドであることを特徴とする。
【化２】
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、芳香族溶剤／含酸素溶剤が重量比で１０／９０〜９０／１０であることを特徴とする。
また、請求項５記載の製造方法は、請求項１乃至４のいずれかに記載の製造方法において、含酸素溶剤がケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤から選択される少なくとも一種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４のいずれかに記載の製造方法において、含酸素溶剤がメチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルから選択される少なくとも一種であることを特徴とする。
また、請求項７記載の製造方法は、請求項１乃至６のいずれかに記載の製造方法において、付加型ポリイミド樹脂を芳香族溶剤と含酸素溶剤とからなる混合溶剤に溶解して得られる溶液がさらにレベリング剤を含んでいることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明における付加型ポリイミド樹脂としては、例えば、ビスアルケニル置換ナジイミド、末端ナジック酸型ポリイミド（ＰＭＲ）、ビスマレイミド型ポリイミド、末端アセチレン型ポリイミドなどの公知のものを使用することができる。本発明では、これらの中でも特に、無水アリルナジック酸とジアミンから合成され、脱水閉環反応が完結した両末端にアリル基を有するイミドモノマーである、下記一般式（Ｉ）で表されるビスアルケニル置換ナジイミドから得られる樹脂を使用することが、有機溶剤への優れた溶解性と磁石表面に対する優れた密着性の点で望ましい。なお、下記一般式（Ｉ）で表されるビスアルケニル置換ナジイミドは、公知の化合物であるか、または公知の化合物から自体周知の方法によって合成することができる（例えば、特開平５−９２２２号公報や特開平７−５３５１６号公報を参照）。
【０００７】
【化３】
【０００８】
本発明の、磁石表面へのポリイミド樹脂被膜の形成は、付加型ポリイミド樹脂を芳香族溶剤と含酸素溶剤とからなる混合溶剤に溶解して得られる溶液を磁石表面に塗布した後、これを熱処理により硬化させる方法、いわゆる溶液法によって行う。この方法は、蒸着重合法と比較して簡便に行え、製造コストの上昇を招くことなく量産化が可能となる点において有利である。
【０００９】
混合溶剤を構成する芳香族溶剤は、特に限定されず、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンおよびこれらの混合物などを使用することができる。
【００１０】
一方、含酸素溶剤としては、例えば、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、グリコールエーテル系溶剤が挙げられるが、これらの中でも、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤を使用することが、磁石表面に対するポリイミド樹脂被膜の密着性や平滑性を優れたものにする点で望ましい。ケトン系溶剤としては、具体的には、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどが挙げられる。エーテル系溶剤としては、具体的には、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどが挙げられる。エステル系溶剤としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどが挙げられる。これらの含酸素溶剤は、単独で使用しても二種以上を混合して使用してもよい。
【００１１】
芳香族溶剤と含酸素溶剤の混合比は、芳香族溶剤の含量が少なくなると付加型ポリイミド樹脂に対する溶解力が小さくなり、また、含酸素溶剤の含量が少なくなるとポリイミド樹脂被膜の磁石表面に対する密着性が悪くなったり、表面平滑性が低下してゆず肌気味になる恐れがあるため、芳香族溶剤／含酸素溶剤の重量比で１０／９０〜９０／１０が望ましく、３０／７０〜７０／３０がより望ましい。
【００１２】
付加型ポリイミド樹脂を混合溶剤に溶解した際の溶液濃度は、樹脂が常温で混合溶剤に完全に溶解する範囲であれば特に限定されないが、通常は、混合溶剤に溶解した樹脂濃度で、５重量％〜８０重量％が望ましく、１５重量％〜６０重量％がより望ましい。樹脂を溶解する方法は特に限定されず、常温で溶け難い場合は加温して溶解することもできる。
【００１３】
付加型ポリイミド樹脂を混合溶剤に溶解して得られる溶液の磁石表面への塗布方法としては、ディップコーティング法、スプレー法、スピンコート法などの公知の方法を用いることができる。
【００１４】
付加型ポリイミド樹脂を混合溶剤に溶解して得られる溶液を磁石表面に塗布した後、これを熱処理により硬化させる。この時の熱処理は１００℃〜４００℃の温度範囲で行う。望ましくは１５０℃〜３００℃の温度範囲である。１００℃未満であると硬化反応が十分に進行しない恐れがあり、４００℃を越えると樹脂被膜の劣化を招く恐れがあるからである。熱処理時間は、通常、１分〜３０時間、望ましくは３分〜５時間である。
なお、必要に応じて、熱処理を行う前に、混合溶剤を除去するための乾燥処理（例えば、室温〜９０℃の条件下、５分〜１時間）を行ってもよい。
【００２０】
また、酸素雰囲気中での酸化処理や大気中での自然酸化によって、磁石表面や金属被膜表面に酸化被膜を形成した後、その表面にポリイミド樹脂被膜を形成してもよい。このような構成を採ることにより、磁石表面や磁石上の金属被膜表面に対するポリイミド樹脂被膜の密着性を向上させることができる。
【００２１】
本発明ではさらに、付加型ポリイミド樹脂を芳香族溶剤と含酸素溶剤とからなる混合溶剤に溶解して得られる溶液にレベリング剤を配合して使用することができる。レベリング剤を配合することにより、形成されるポリイミド樹脂被膜の、磁石表面の微細な凹凸に対する浸透性を促進し、樹脂被膜の磁石表面に対する密着性をさらに高めるとともに、樹脂被膜の表面平滑性および膜厚の均一性を向上させることができる。
【００２２】
配合可能なレベリング剤は特に限定されるものではなく、例えば、アクリル系アルキルエステル（例えば、楠本化成社製の商品名：ディスパロン１９７０、三菱レイヨン社製の商品名：ダイヤエイドＡＤ−９００２など）、ノニオン系フッ素化アルキルエステル（例えば、住友スリーエム社製の商品名：フロラートＦＣ−４３０、大日本インキ化学工業社製の商品名：メガファックＦ−１７７など）、シリコーン系化合物（例えば、楠本化成社製の商品名：ディスパロン１７６１、信越化学工業社製の商品名：信越シリコーンＫＰ３４１など）などの公知のものを使用することができる。レベリング剤の配合量は常用的な範囲内で特に制限はないが、多すぎる場合には硬化後にひび割れや膨れが発生する恐れがあるため、付加型ポリイミド樹脂溶液１００重量部に対して、１０重量部以下とすることが望ましく、０．００５重量部〜５重量部がさらに望ましい。
【００２３】
上記の方法によって形成されるポリイミド樹脂被膜は、磁石表面や磁石上の金属被膜表面に対して強固に密着しているので、膜厚が１μｍ以上であれば優れた耐食性などの性能を発揮する。ポリイミド樹脂被膜の膜厚の上限は限定されるものではないが、磁石自体の小型化に基づく要請から、１５μｍ以下が望ましく、１０μｍ以下がより望ましい。
なお、必要に応じて、付加型ポリイミド樹脂を混合溶剤に溶解して得られる溶液の磁石表面への塗布とそれに続く熱処理を複数回繰り返して行ってもよい。
【００２４】
本発明の方法によって得られたポリイミド樹脂被膜の上に、さらに別の被膜を積層形成してもよい。このような構成を採用することによって、ポリイミド樹脂被膜の特性を増強・補完したり、さらなる機能性を付与したりすることができる。
【００２５】
本発明において用いられる希土類系永久磁石における希土類元素（Ｒ）は、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｂ、Ｓｍのうち少なくとも１種、あるいはさらに、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙのうち少なくとも１種を含むものが望ましい。
また、通常はＲのうち１種をもって足りるが、実用上は２種以上の混合物（ミッシュメタルやジジムなど）を入手上の便宜などの理由によって使用することもできる。
【００２６】
Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石におけるＲの含量は、１０原子％未満では結晶構造がα−Ｆｅと同一構造の立方晶組織となるため、高磁気特性、特に高い保磁力（ＨｃＪ）が得られず、一方、３０原子％を超えるとＲリッチな非磁性相が多くなり、残留磁束密度（Ｂｒ）が低下して優れた特性の永久磁石が得られないので、Ｒの含量は組成の１０原子％〜３０原子％であることが望ましい。
【００２７】
Ｆｅの含量は、６５原子％未満ではＢｒが低下し、８０原子％を超えると高いＨｃＪが得られないので、６５原子％〜８０原子％の含有が望ましい。
また、Ｆｅの一部をＣｏで置換することによって、得られる磁石の磁気特性を損なうことなしに温度特性を改善することができるが、Ｃｏ置換量がＦｅの２０％を超えると、磁気特性が劣化するので望ましくない。Ｃｏ置換量が５原子％〜１５原子％の場合、Ｂｒは置換しない場合に比較して増加するため、高磁束密度を得るのに望ましい。
【００２８】
Ｂの含量は、２原子％未満では菱面体構造が主相となり、高いＨｃＪは得られず、２８原子％を超えるとＢリッチな非磁性相が多くなり、Ｂｒが低下して優れた特性の永久磁石が得られないので、２原子％〜２８原子％の含有が望ましい。
また、磁石の製造性の改善や低価格化のために、２．０ｗｔ％以下のＰ、２．０ｗｔ％以下のＳのうち、少なくとも１種、合計量で２．０ｗｔ％以下を含有していてもよい。さらに、Ｂの一部を３０ｗｔ％以下のＣで置換することによって、磁石の耐食性を改善することができる。
【００２９】
さらに、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｈｆ、Ｇａのうち少なくとも１種の添加は、保磁力や減磁曲線の角型性の改善、製造性の改善、低価格化に効果がある。なお、その添加量は、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘを１５９ｋＪ／ｍ３以上とするためには、Ｂｒが少なくとも０．９Ｔ以上必要となるので、該条件を満たす範囲で添加することが望ましい。
なお、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石には、Ｒ、Ｆｅ、Ｂ以外に工業的生産上不可避な不純物を含有するものでも差し支えない。
【００３０】
さらに、上記以外のＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石としては、特開平９−９２５１５号公報に記載されているような異方性Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石、特開平８−２０３７１４号公報に記載されているようなソフト磁性相（例えば、α−ＦｅやＦｅ３Ｂ）とハード磁性相（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系ナノコンポジット磁石、従来から広く使用されている液体急冷系等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末（例えば、商品名：ＭＱＰ−Ｂ・ＭＱＩ社製）を用いたボンド磁石などが挙げられる。これらはいずれも、エポキシ樹脂などのバインダーを用い、所定の形状に成形されることによって使用される。
【００３１】
また、Ｒ−Ｆｅ−Ｎ系永久磁石としては、例えば、特公平５−８２０４１号公報記載の（Ｆｅ１−ｘＲｘ）１−ｙＮｙ（０．０７≦ｘ≦０．３，０．００１≦ｙ≦０．２）で表されることを特徴とする永久磁石が挙げられる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。なお、以下の実施例は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用いて行ったものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３３】
例えば、米国特許４７７０７２３号公報に記載されているようにして、公知の鋳造インゴットを粉砕し、微粉砕後に成形、焼結、熱処理、表面加工を行うことによって得られた１７Ｎｄ−１Ｐｒ−７５Ｆｅ−７Ｂ組成の２３ｍｍ×１０ｍｍ×６ｍｍ寸法の焼結磁石（以下「磁石体試験片」と称する）を用いて以下の実験を行った。以下の実験において、ポリイミド樹脂被膜の膜厚および金属被膜の膜厚は破断面の電子顕微鏡観察によって測定した。
【００３４】
実施例１−実施例４：
付加型ポリイミド樹脂として、上述の一般式（Ｉ）における置換基Ａが（−Ｃ６Ｈ４−ＣＨ２−Ｃ６Ｈ４−）基である物質（丸善石油化学社製の商品名：ＢＡＮＩ−Ｍ）を使用し、これを表１に示す組成の混合溶剤に溶解して、樹脂濃度３０重量％の溶液を調製した。この樹脂溶液をスプレー法により磁石体試験片の表面に塗布し、室温で１０分間風乾した後、２５０℃で１５分間加熱硬化させ、磁石体試験片表面にポリイミド樹脂被膜を形成した。形成されたポリイミド樹脂被膜の膜厚はいずれも５μｍであり、磁石体試験片表面とポリイミド樹脂被膜の界面に空隙は観察されなかった。
次いで、ポリイミド樹脂被膜を有する各磁石体試験片を温度５０℃×相対湿度９０％の高温高湿条件下に放置して耐食性加速試験を行った。結果を表１に示す。表１から明らかなように、いずれの試験片も試験開始から９００時間までは錆は発生せず、優れた耐食性を示した。
ポリイミド樹脂被膜を有する各磁石体試験片の電気絶縁性を体積抵抗率（ρ）によって評価したところ、いずれの試験片も１×１０１５Ω・ｃｍ以上という優れた値を示した。なお、体積抵抗率は、試験片に電極付けを行い、被膜表面と磁石間の抵抗を測定し、ρ＝Ｒ・Ｓ／ｌの数式から求めた（Ｒ：抵抗（Ω）、Ｓ：電極面積（ｃｍ２）、ｌ：ポリイミド樹脂被膜膜厚（ｃｍ））。
ポリイミド樹脂被膜を有する各磁石体試験片の耐熱性を熱変形温度によって評価したところ、いずれの試験片も２８０℃以上という優れた値を示した。なお、熱変形温度は、大気中２０時間その温度に放置して被膜の変色、亀裂などが生じる温度とした。
【００３５】
【表１】
比較例１：
付加型ポリイミド樹脂の溶剤としてトルエンを単独で使用した以外は実施例１と同様にして磁石体試験片の表面にポリイミド樹脂被膜を形成した。形成されたポリイミド樹脂被膜の膜厚は５μｍであった。次いで、実施例１と同様の方法で試験片の耐食性加速試験を行った結果、当該試験片は約１００時間で被膜剥離と発錆が観察され、ポリイミド樹脂被膜の密着性が不十分であると判断された。
【００３８】
実施例６：
実施例１において、付加型ポリイミド樹脂溶液１００重量部にアクリル系アルキルエステルのレベリング剤（楠本化成社製の商品名：ディスパロン１９７０）０．５重量部を添加した以外は実施例１と同様にして、磁石体試験片表面にポリイミド樹脂被膜を形成した。形成されたポリイミド樹脂被膜の膜厚は５μｍであった。
実施例１と同様の方法で試験片の耐食性加速試験を行った結果、試験開始から１５００時間を経過しても発錆や被膜剥離などは観察されず、優れた耐食性を示した。実施例１と同様の方法で電気絶縁性を体積抵抗率（ρ）によって評価したところ、１×１０１５Ω・ｃｍ以上という優れた値を示した。実施例１と同様の方法で耐熱性を熱変形温度によって評価したところ、２８０℃以上という優れた値を示した。
【００３９】
実施例７：
付加型ポリイミド樹脂として、一般式（Ｉ）における置換基Ａが（−ＣＨ２−Ｃ６Ｈ４−ＣＨ２−）基である物質（丸善石油化学社製の商品名：ＢＡＮＩ−Ｘ）を使用した以外は実施例２と同様にして、磁石体試験片表面にポリイミド樹脂被膜を形成した。形成されたポリイミド樹脂被膜の膜厚は５μｍであった。
実施例１と同様の方法で試験片の耐食性加速試験を行った結果、試験開始から１２００時間までは発錆や被膜剥離などは観察されず、優れた耐食性を示した。実施例１と同様の方法で電気絶縁性を体積抵抗率（ρ）によって評価したところ、１×１０１５Ω・ｃｍ以上という優れた値を示した。実施例１と同様の方法で耐熱性を熱変形温度によって評価したところ、２８０℃以上という優れた値を示した。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、希土類系永久磁石表面に、優れた耐食性・電気絶縁性・耐熱性を有するポリイミド樹脂被膜を、簡便な方法で優れた密着性のもとに磁石上に形成することができる。また、スプレー法などの汎用の塗布手段によって樹脂被膜を形成できるため、従来の蒸着重合法に比較して製造コストの上昇を招くことなく量産化が可能となる。
Claims (7)
- 希土類系永久磁石表面に、金属被膜を形成することなく、付加型ポリイミド樹脂を芳香族溶剤と含酸素溶剤とからなる混合溶剤に溶解して得られる溶液を塗布した後、１００℃〜４００℃の温度範囲内でこれを加熱硬化させることを特徴とするポリイミド樹脂被膜を有する希土類系永久磁石の製造方法。
- 希土類系永久磁石がＲ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
- 付加型ポリイミド樹脂が下記一般式（Ｉ）で表されるビスアルケニル置換ナジイミドであることを特徴とする請求項１または２記載の製造方法。
- 芳香族溶剤／含酸素溶剤が重量比で１０／９０〜９０／１０である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。
- 含酸素溶剤がケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤から選択される少なくとも一種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製造方法。
- 含酸素溶剤がメチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルから選択される少なくとも一種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製造方法。
- 付加型ポリイミド樹脂を芳香族溶剤と含酸素溶剤とからなる混合溶剤に溶解して得られる溶液がさらにレベリング剤を含んでいることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の製造方法。
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