JP4742980B2 - シート状ボンド磁石カーリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、高い磁気特性を有する環状ボンド磁石を作製する装置、及びそれにより作製されるボンド磁石、並びに上記ボンド磁石を搭載した小型永久磁石モータに関する。

ボンド磁石は、フェライト系や希土類系の永久磁石の粉末をゴム、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などの結合剤で結着・固化させた複合材料永久磁石である。このボンド磁石は、焼結法により作製された結合剤成分を含まない焼結磁石に比較し、結合剤成分を内在するため磁気特性は低い、しかしながら焼結による収縮がないため、高い寸法精度で環状、円弧状や薄肉形状などの特殊な形状の磁石が割れ欠けなどなく作製できるという特徴を持っている。そのため、リング形状のボンド磁石が、家電、情報用のモータに近年多く用いられている。

ボンド磁石の製造方法としては、射出成形、押出成形、圧縮成形などが用いられている。中でも、圧縮成形は、射出成形や押出成形のような成形時に磁石粉末と結合剤を主成分とするボンド磁石用樹脂組成物が成形温度において流動性を必要としないため、結合剤成分に対する磁石粉末の比率を上げることができ、一般的に射出成形や押出成形に比較し高い磁気特性を有する磁石が作製可能である。しかし近年の、家電、情報機器などの発展は目覚しく、当該機器に用いられるモータも機器の高性能化のもと、小型軽量化、高出力化、高効率化が要求されている。

この要求に対応して、ボンド磁石の更なる磁気特性の向上も求められている。磁気特性の向上の手段として、どの方向に磁化しても一定の磁気特性が得られる磁気的に等方性の磁石粉末ではなく、特定方向に対して高い磁気特性が得られる磁気的に異方性の磁石粉末を用いることが考えられる。しかし、小径モータの場合、ボンド磁石も小径化せざるを得ず、磁石成形装置内の、磁石粉末の磁化容易軸を特定方向に揃えるための磁場発生機構を配置するスペースも小さくなり、磁石粉末の磁化容易軸を径方向へ放射状に揃える、いわゆるラジアル異方性や、磁場発生方向に円の中心を持つ円弧状に磁化容易軸を揃える極異方を実現することが困難であった。 この問題に対して外径２５ｍｍ以下のボンド磁石に対しては、異方性のボンド磁石ではなく、等方性のボンド磁石が有効であるという提案がなされていた（例えば、特許文献１参照）。

また、異方性のボンド磁石の適応に関して、例えば、常温で柔軟性を有するゴム系合成樹脂に磁気異方性磁粉を分散配合した樹脂結合磁石材料をシート状に成形しながら、成形途中又は成形直後の半硬化状態の連続磁性シート体に対し、シート体の厚み方向に磁束を通過させて磁場配向させた連続異方性磁性シート体を得たのち、この連続異方性磁性シート体に対し脱磁、再着磁を行うか、あるいは脱磁を行うことなく磁場配向時の着磁状態を維持したまま、加工を行って短冊状であって且つ背面に粘着剤層を形成した単位シート磁石複合片を作製し、この単位シート磁石複合片を背面の粘着剤層を用いて被着体表面に環状に貼り付けてなる磁気異方性環状磁石の作製方法とする提案がなされている（例えば、特許文献２参照）。

また、熱可塑性樹脂と磁性粉末とからなる極異方性の可撓性シート状磁石成形体であって、前記磁性粉末は少なくとも希土類鉄窒素系磁性粉末を含む異方性希土類磁性粉末とすることで、可撓性、磁気特性に優れた可撓性シート状磁石成形体とする提案がなされている（例えば、特許文献３参照）。
特開昭６２−１９６０５７号公報 特開平８−２１３２６８号公報 特開２００２−３４３６２３号公報

本発明が解決しようとする問題点は、磁石外径２５ｍｍ以下の高性能小型モータへの異方性ボンド磁石の適応であり、磁気特性を高めるために低結合剤としたシート状ボンド磁石の環状へのカーリング装置の提供、及びそれにより作製されるボンド磁石、並びに上記ボンド磁石を搭載した小型永久磁石モータの提供することである。

特許文献１のような磁気的に等方性のボンド磁石では、ボンド磁石内の磁石粉末の磁化容易軸を特定方向に揃える必要はなく、容易にボンド磁石が作製可能であり、現在、高性能小型モータへ広く使用されている方法であるが、磁気的に等方性のボンド磁石では、家電、情報機器に用いられるモータさらなる小型軽量化、高出力化、高効率化が要求に応えるのは困難である。

特許文献２及び３のような磁石粉末を結合する結合剤中に柔軟な成分を含み、環状に成形する異方性ボンド磁石では、磁石粉末の磁化容易軸を特定方向に揃えるのは、容易であるが、モータの小型化につれ、小径への変形へ耐え得る高い柔軟性が要求され、柔軟な成分の増加と共に、相対的に磁石粉末充填量が減少し、磁気特性が低下する。そのため、モータのさらなる小型軽量化、高出力化、高効率化の要求に応えるのは困難である。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、低結合剤としたシート状ボンド磁石の環状へのカーリング装置の提供、及びそれにより作製されるボンド磁石、並びに上記ボンド磁石を搭載した小型永久磁石モータの提供することである。

上記課題を解決するために本発明は、熱可塑性樹脂成分を有するシート状ボンド磁石のカーリング装置であって、円筒の内周部分にヘリカル溝を有し、ヘリカル溝の始端が、熱可塑性樹脂が軟化する温度以上で、終端が、熱可塑性樹脂が冷却固化する温度以下であるシート状ボンド磁石搬送用外ガイドと上記シート状ボンド磁石搬送用外ガイド内空間に配置された回転駆動機構を有する円柱状のボンド磁石搬送用内ガイドを主構成とするシート状ボンド磁石カーリング装置である。

熱可塑性樹脂成分を有するシート状ボンド磁石のカーリング装置であって、円筒の内周部分にヘリカル溝を有し、ヘリカル溝の始端が、熱可塑性樹脂が軟化する温度以上で、終端が、熱可塑性樹脂が冷却固化する温度以下であるシート状ボンド磁石搬送用外ガイドと上記シート状ボンド磁石搬送用外ガイド内空間に配置された回転駆動機構を有する円柱状のボンド磁石搬送用内ガイドを主構成とするシート状ボンド磁石カーリング装置を使用しカーリングすることにより、柔軟な結合剤成分量を低くした高性能シート状ボンド磁石の環状へのカーリングが可能である。つまり、高性能な小径環状磁石が作製可能である。

また、本発明のシート状ボンド磁石カーリング装置を用いるとヘリカル溝に沿って、シート状ボンド磁石が搬送・カーリングされるため、安定した連続生産が可能である。

熱可塑性樹脂成分を有するシート状ボンド磁石のカーリング装置であって、円筒の内周部分にヘリカル溝を有し、ヘリカル溝の始端が、熱可塑性樹脂が軟化する温度以上で、終端が、熱可塑性樹脂が冷却固化する温度以下であるシート状ボンド磁石搬送用外ガイドと上記シート状ボンド磁石搬送用外ガイド内空間に配置された回転駆動機構を有する円柱状のボンド磁石搬送用内ガイドを主構成とするシート状ボンド磁石カーリング装置である。

また、上記シート状ボンド磁石搬送用外ガイドの始端へ投入するシート状ボンド磁石を始端温度と同温度へ予備加熱するシート状ボンド磁石予備加熱ガイドを取り付けたのシート状ボンド磁石カーリング装置とする。

さらに、上記シート状ボンド磁石搬送用外ガイドのヘリカル溝部分に径方向の磁場を印加する径方向異方性のリング磁石をシート状ボンド磁石搬送用外ガイド内部に埋設したシート状ボンド磁石カーリング装置とする。

さらにまた、上記シート状ボンド磁石搬送用外ガイドの熱可塑性樹脂成分の冷却固化する温度以下になる部分のシート状ボンド磁石搬送用外ガイド内部に、隣り合う磁石のヘリカル溝内に発する磁場が異極であり、且つヘリカル溝の終端にかけて減衰するよう磁力を調整した磁石を埋設したシート状ボンド磁石カーリング装置とする。

また、上記シート状ボンド磁石搬送用外ガイドの終端に環状へ変形したボンド磁石を環状のまま固定格納する格納ガイドを取り付けたシート状ボンド磁石カーリング装置とする。

以下に実施例を示し、本発明を更に詳細に説明する。

平均粒子径２〜３μｍの異方性Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末９８ｗｔ．％とオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂２ｗｔ．％を有機溶剤で溶解した樹脂溶液を、湿式混合する。また、平均粒子径約１００μｍの異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末９９ｗｔ．％とオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂１ｗｔ．％を有機溶剤で溶解した樹脂溶液を、湿式混合する。湿式混合後、上記２種類の混合物を、８０℃で６０分間乾燥させ、有機溶剤成分を揮発させ、混合物Ａと混合物Ｂとする。次に、混合物Ａ５８ｗｔ．％と混合物Ｂ３９ｗｔ．％と粒径５００μｍ以下のポリアミドエラストマー粉３ｗｔ．％とを乾式混合し、押出機にて、ペレット化する。このペレットを、粉砕し、３５０μｍ以下にし、最後に平均粒子径５〜１０μｍの潜在性エポキシ硬化剤をエポキシ樹脂に対して３０ｗｔ．％乾式混合し、ボンド磁石用樹脂組成物とした。

上記ボンド磁石用樹脂組成物を、成形圧力０．５ＧＰａ、成形温度１５０℃、成形磁場１．５Ｔの条件で、１ｍｍ×３ｍｍ×７５ｍｍのシート状ボンド磁石へ成形した。磁場の印加方向は、１ｍｍの方向で、その方向に異方性を有している。

上記シート磁石をカーリングするカーリング装置を図１に示す。図１（ａ）は、シート状ボンド磁石カーリング装置概観図であり、シート状ボンド磁石搬送用外ガイド１と回転駆動機構を有する円柱状のボンド磁石搬送用内ガイド２からなる。（ｂ）は、（ａ）のワイヤーフレーム図である。シート状ボンド磁石搬送用外ガイドの内周部分にヘリカル溝３を有する。

図１（ｃ）は、回転駆動機構を有する円柱状のボンド磁石搬送用内ガイド概観図であり、（ｄ）は、シート状ボンド磁石搬送用外ガイドの断面図である。シート状ボンド磁石カーリング装置の始端温度を任意に変え、終端温度２０℃に設定し、ヘリカル溝径は、３５ｍｍ，３０ｍｍ，２５ｍｍ，２０ｍｍ，１５ｍｍの５タイプでカーリングを行った。各径でカーリング後の環状磁石に割れ・カケ・クラックの無くなる温度を求めた。図３に各径に対する割れ・カケ・クラックないカーリング可能温度をプロットした図を示す。また比較のために手動でカーリングした結果を示す。比較例の手動カーリングは、２０℃，４０℃，８０℃，１２０℃，１６０℃の各温度でのカーリング後の環状磁石に割れ・カケ・クラックの無くなる径を求めプロットしている。比較例の手動カーリングの場合は、２０℃〜８０℃にかけて柔軟な成分である熱可塑性樹脂の軟化と共にカーリング可能径が小さくなるが、８０℃〜１６０℃にかけカーリング可能径が大きくなっている。これは、柔軟な成分である熱可塑性樹脂の軟化・溶融により、温度の上昇と共にボンド磁石が脆くなり逆に割れ・カケ・クラックが生じたものと推定される。

本発明のシート状ボンド磁石カーリング装置を用いた場合は、２０℃から１６０℃付近まで、温度の上昇と共にカーリング可能径が減少する傾向にある。これは、シート状ボンド磁石搬送用外ガイド１と回転駆動機構を有する円柱状のボンド磁石搬送用内ガイド２により、シート状ボンド磁石が規制されるために、柔軟な成分である熱可塑性樹脂の軟化・溶融によるボンド磁石の脆化による割れ・カケ・クラックを抑制したものであると考えられる。従って、常温でカーリング可能径４０ｍｍであり、温度下での手動カーリングでカーリング可能径２５ｍｍ以上であったものが、本発明のボンド磁石カーリング装置を使用することにより、同磁石粉末充填量、即ち、同磁気特性でカーリング可能径を１５ｍｍまで可能とした。

また、図２（ａ）に本発明の主構成である図１（ａ）のボンド磁石カーリング装置に、環状ボンド磁石格納ガイド５とシート状ボンド磁石予備加熱ガイド６を付加した予備加熱ガイド・格納ガイド付きシート状ボンド磁石カーリング装置を示す。

図２（ｂ）は、格納ガイド概観図であり、図２（ｃ）は、予備加熱ガイド概観図である。７は、環状ボンド磁石格納空間であり、８は、シート状ボンド磁石加熱搬送経路である。環状ボンド磁石格納ガイドを付加することにより、カーリング後の環状磁石の応力緩和によるシートへの逆変形を抑制し、環状のまま保存可能となる。また、シート状ボンド磁石予備加熱ガイドを付加することにより、シート状ボンド磁石をシート状ボンド磁石カーリング装置へ投入する前にカーリング可能温度へ上昇させることができ、シート状ボンド磁石の温度がカーリング可能温度へ到達していないことによる割れ・カケ・クラックの発生を抑制することができる。

なお、上記シート状ボンド磁石カーリング装置で作製される環状ボンド磁石を以下のようなモータに使用すると高性能モータが作製できる。例えば、円筒枠の内周面に結合成分により固定した本発明による環状ボンド磁石を永久磁石界磁とした永久磁石型モータや円筒枠の内周面に結合成分により固定した本発明による環状ボンド磁石を径方向空隙型回転子とした永久磁石型モータや、円柱の外周面に本発明による環状ボンド磁石を結合成分により固定した表面磁石型回転子を形成する永久磁石型モータ等である。

実施例１と同様の方法で、１ｍｍ×３ｍｍ×７５ｍｍのシート状ボンド磁石を作製した。このシート磁石を図４（ａ）に示す、径方向異方性リング磁石・磁石埋め込み脱磁冶具付きシート状ボンド磁石カーリング装置で、カーリングを行った。樹脂の軟化・溶融による配向した磁石粉末の乱れを抑制する径方向異方性磁石１０を埋設、また径方向異方性磁石により磁化されたボンド磁石をカーリング後のハンドリング性を考慮し脱磁するための磁石埋め込み脱磁冶具１１を付加するために、シート状ボンド磁石搬送用外ガイド１を変形し、径方向異方性リング磁石・磁石埋め込み脱磁冶具設置用シート状ボンド磁石搬送用外ガイド９としている。

図４（ｂ）は、磁石埋め込み脱磁冶具概観図であり、磁石埋め込み用冶具１２に脱磁用磁石１３が埋設された構造となっている。また、脱磁のために、シート状ボンド磁石の搬送と共に交流脱磁を行うため、隣り合う磁石の極は異極であり、搬送の終端へ近づくと共に減衰するように脱磁用磁石１３の磁気特性は設定される。その脱磁用減衰磁場を図４（ｃ）に示している。この径方向異方性リング磁石により、シート状ボンド磁石カーリング時の配向の乱れは、抑制され、図５に示す表面磁束波形をとる。比較は、実施例１の径方向異方性リング磁石無しのカーリングした環状磁石の表面磁束波形である。表面磁束波形は、日本電磁測器製のガウスメータで測定した。径方向異方性リング磁石の使用により、磁束密度は、約５％向上した。また、磁石埋め込み脱磁冶具の使用により、径方向異方性リング磁石により磁化されたカーリング後の環状磁石は、後工程のハンドリングに差し支えないレベルまで脱字が可能となった。

なお、上記シート状ボンド磁石カーリング装置で作製される環状ボンド磁石を以下のようなモータに使用すると高性能モータが作製できる。例えば、円筒枠の内周面に結合成分により固定した本発明による環状ボンド磁石を永久磁石界磁とした永久磁石型モータや円筒枠の内周面に結合成分により固定した本発明による環状ボンド磁石を径方向空隙型回転子とした永久磁石型モータや、円柱の外周面に本発明による環状ボンド磁石を結合成分により固定した表面磁石型回転子を形成する永久磁石型モータ等である。

本発明のシート状ボンド磁石カーリング装置を用い作製した、高い磁気特性を有する環状ボンド磁石のモータへの適用により、小型高性能モータが作製可能である。

（ａ）シート状ボンド磁石カーリング装置概観図（ｂ）シート状ボンド磁石カーリング装置ワイヤーフレーム図（ｃ）回転駆動機構を有する円柱状のボンド磁石搬送用内ガイドを示す図（ｄ）シート状ボンド磁石搬送用外ガイド断面図 （ａ）予備加熱ガイド・格納ガイド付きシート状ボンド磁石カーリング装置概観図（ｂ）格納ガイド概観図（ｃ）予備加熱ガイド概観図 限界巻付径の温度特性を示すグラフ （ａ）径方向異方性リング磁石・磁石埋め込み脱磁冶具付きシート状ボンド磁石カーリング装置概観図（ｂ）磁石埋め込み脱磁冶具概観図（ｃ）磁石埋め込み脱磁冶具によるヘリカル溝内の減衰磁場を示す図 径方向異方性リング磁石・磁石埋め込み脱磁冶具付きシート状ボンド磁石カーリング装置を使用したボンド磁石と径方向異方性リング磁石無のボンド磁石の表面磁束波形比較を示す図

１ シート状ボンド磁石搬送用外ガイド
２ 回転駆動機構を有する円柱状のボンド磁石搬送用内ガイド
３ ヘリカル溝
４ シート状ボンド磁石カーリング装置
５ 環状ボンド磁石格納ガイド
６ シート状ボンド磁石予備加熱ガイド
７ 環状ボンド磁石格納空間
８ シート状ボンド磁石加熱搬送経路
９ 径方向異方性リング磁石・磁石埋め込み脱磁冶具設置用シート状ボンド磁石搬送用ガイド
１０ 径方向異方性磁石
１１ 磁石埋め込み脱磁冶具
１２ 磁石埋め込み用冶具
１３ 脱磁用磁石

Claims (5)

1. 熱可塑性樹脂成分を有するシート状ボンド磁石のカーリング装置であって、円筒の内周部分にヘリカル溝を有し、ヘリカル溝の始端が、熱可塑性樹脂が軟化する温度以上で、終端が、熱可塑性樹脂が冷却固化する温度以下であるシート状ボンド磁石搬送用外ガイドと上記シート状ボンド磁石搬送用外ガイド内空間に配置された回転駆動機構を有する円柱状のボンド磁石搬送用内ガイドを主構成とするシート状ボンド磁石カーリング装置。
2. シート状ボンド磁石搬送用外ガイドの始端へ投入するシート状ボンド磁石を始端温度と同温度へ予備加熱するシート状ボンド磁石予備加熱ガイドを取り付けた請求項１記載のシート状ボンド磁石カーリング装置。
3. シート状ボンド磁石搬送用外ガイドのヘリカル溝部分に径方向の磁場を印加する径方向異方性のリング磁石をシート状ボンド磁石搬送用外ガイド内部に埋設した請求項１記載のシート状ボンド磁石カーリング装置。
4. シート状ボンド磁石搬送用外ガイドの熱可塑性樹脂成分の冷却固化する温度以下になる部分のシート状ボンド磁石搬送用外ガイド内部に、隣り合う磁石のヘリカル溝に発する磁場が異極であり、且つヘリカル溝の終端にかけて減衰するよう磁力を調整した瓦状磁石を埋設した請求項１記載のシート状ボンド磁石カーリング装置。
5. シート状ボンド磁石搬送用外ガイドの終端に環状へ変形したボンド磁石を環状のまま固定格納する格納ガイドを取り付けた請求項１記載のシート状ボンド磁石カーリング装置。