JP7116307B2 - 複合部材 - Google Patents

Description

本発明は、ボンド磁石を含む複合部材に関する。

アキシャルギャップ型のウォーターポンプに用いる複合部材では、ボンド磁石とヨークを一体成形することが求められる。たとえばＳｍＦｅＮを用いたボンド磁石には、一般的にナイロン樹脂が使用されるが、耐熱水性が十分ではない。一方、耐熱水性に優れるポリフェニレンサルファイドは、融点が２８０℃と高く、成形時に磁石が高温にさらされるために熱劣化するという問題がある。そこで、ボンド磁石を樹脂製キャップで覆い、熱劣化を抑制するという方法が知られている。

たとえば、特許文献１には、接着面に凹部がある主軸に永久磁石を設置し、接着面に凸部があるポリフェニレンサルファイド等の樹脂キャップをした樹脂モールドロータが開示されている。また、特許文献２には、永久磁石とヨークをポリフェニレンサルファイド等で被覆したロータ用磁石体が開示されている。しかしながら、１００℃を超えるような高温で、１気圧を超える高圧の水蒸気存在下にさらされると、ボンド磁石の残留磁束密度が低下するという問題は依然として解決されていない。

特開２０１２－１３９０７０号公報 特開２００６－１１５５９５号公報

本発明は、高温高圧の水蒸気存在下に晒されても、ボンド磁石の残留磁束密度が低下することを抑制した複合部材を提供することを目的とする。

本発明者は、複合部材の構造について種々検討したところ、高温高圧の水蒸気存在下では、ヨークと樹脂キャップとの接着性が残留磁束密度の低下の大きな要因となっており、ヨークまたは樹脂キャップに溝を形成して接着材料で接着すると、高温高圧の水蒸気存在下に晒されても、ボンド磁石の残留磁束密度が低下することを抑制することを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、ボンド磁石が一体成形されたヨークと、該ヨークを覆う樹脂キャップとを接着材料で接合した複合部材であって、ヨークおよび／または樹脂キャップに形成された溝に、接着材料が充填されている複合部材に関する。

本発明の複合部材は、ヨークおよび／または樹脂キャップに形成された溝に、接着材料が充填されているため、高温高圧の水蒸気存在下であっても、ボンド磁石の残留磁束密度の低下を抑制することができる。

（ａ）本実施形態の複合部材を使用して作製したウォーターポンプの外観図である。（ｂ）Ａ－Ａ線の断面図である。 実施例において、評価用に使用した複合部材の断面図である。

以下、本発明の実施形態について詳述する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための一例であり、本発明を以下のものに限定するものではない。なお、本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。

本実施形態の複合部材は、ボンド磁石１が一体成形されたヨーク２と、該ヨークを覆う樹脂キャップ４とを接着材料５で接合した複合部材であって、ヨークおよび／または樹脂キャップに形成された溝６に、接着材料が充填されていることを特徴とする。図１（ａ）に、本実施形態の複合部材を使用して作製したウォーターポンプの外観図を示し、図（ｂ）に外観図のＡ－Ａ線の断面図を示す。ウォーターポンプは、固定子７の上下面に、複合部材から形成された回転子８の樹脂キャップ面が接するように設置されている。

ボンド磁石に使用する磁性粉末は特に限定されないが、ＳｍＦｅＮ系、ＮｄＦｅＢ系、ＳｍＣｏ系の希土類磁性粉末が使用可能である。希土類系磁性粉末は、ＮｄＦｅＢ系と比べて耐熱性の点で優れており、またＳｍＣｏ系と比べて希少金属を使用しない点でＳｍＦｅＮ系磁性粉末とすることがより好ましい。ＳｍＦｅＮ系磁性粉末としては、Ｔｈ_２Ｚｎ_１７型の結晶構造をもち、一般式がＳｍ_ｘＦｅ_{１００－ｘ－ｙ}Ｎ_ｙで表される希土類金属Ｓｍと鉄Ｆｅと窒素Ｎからなる窒化物である。ここで、希土類金属Ｓｍの原子％のｘ値は、８．１～１０％の範囲になり、Ｎの原子％のｙは、１３．５～１３．９（原子％）の範囲になって、残部が主としてＦｅとされる。また、磁性粉末としてＳｍＦｅＮ系とともに、ＮｄＦｅＢ系、ＳｍＣｏ系の希土類磁性粉末や、フェライト系磁性粉末を併用することができる。

ＳｍＦｅＮ磁性粉末は、例えば特許第３６９８５３８号で開示された方法で製造できる。これにより、ＳｍＦｅＮ磁性粉末の平均粒径が２μｍ～５μｍであり、標準偏差が１．５以内のものを好適に使用できる。

一方で、ＮｄＦｅＢ系磁性粉末については、例えば、特許第３５６５５１３号に記載されたＨＤＤＲ法により製造できる。このＮｄＦｅＢ系磁性粉末は、平均粒径が４０～２００μｍ、最大エネルギー積が３４～４２ＭＧＯｅ（２７０～３３５ｋＪ／ｍ3）のものを好適に使用できる。さらにＳｍ－Ｃｏ磁性粉末については、例えば、特許第３５０５２６１号により製造でき、平均径１０～３０μｍのものが使用できる。

磁性粉末の平均粒径は、１０μｍ以下が好ましく、１μｍ以上５μｍ以下がより好ましい。１０μｍ以下であれば、ボンド磁石の表面に凹凸部や亀裂等が発生し難く、外観的に優れたものとすることができ、さらに、低コスト化を図ることができる。平均粒径が１０μｍよりも大きいと、ボンド磁石製の表面に凹凸部や亀裂等が発生して外観的に劣るおそれがある。一方で、平均粒径が１μｍよりも小さいと、磁性粉末のコストが高くなるので、低コスト化の観点から好ましくない。

ボンド磁石に使用する樹脂は特に限定されず、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、アクリル樹脂などが挙げられる。これらの中でも、ポリプロピレンまたはポリアミドが好ましく、比較的低融点で、吸水率が低く、結晶性樹脂であるため成形性が良いという点から、特にポリプロピレンまたはポリアミド１２が好ましい。また、これらを適宜混合して使用することも可能である。樹脂の含有量は特に限定されないが、磁石全体に対して、３質量％以上２０質量％以下が好ましく、５質量％以上１５質量％以下がより好ましい。３質量％未満では、流動性が著しく低下し、射出成形することが困難となり、２０質量％を超えると、磁石として十分な磁束密度が得られない。

ボンド磁石には、ボンド磁石に一般的に配合される成分、たとえば酸化防止剤、滑材、重金属不活性剤などを配合することができる。また、本発明に使用する磁性粉末は、耐酸化、耐水、樹脂との濡れ性改善、耐薬品を改善する目的で表面処理が施されていることが好ましい。なお、これらの処理は必要に応じて組み合わせて用いることが可能である。表面処理方法は、必要に応じて基本的には湿式、ミキサーなどの乾式、メッキ、蒸着で行われる。さらにまた、耐候剤、可塑剤、難燃剤、耐電防止剤等を必要に応じて加えることもできる。

ヨークの材料は特に限定されないが、ステンレススチール、ＳＳ材（一般構造用圧延鋼材）などが挙げられる。ヨークの表面は、腐食を抑制する効果の点で、亜鉛等でメッキされていることが好ましい。

樹脂キャップは、ボンド磁石を完全に覆うように凹部が形成されたものである。樹脂キャップに使用する樹脂は特に限定されないが、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。なかでも、ポリフェニレンサルファイドは、難接着性の材料であって、接着材料による接着が充分ではないため、溝を形成することによる効果が特に高い。また、樹脂には、ガラス繊維などの充填材を含むことが好ましい。

ヨークおよび／または樹脂キャップは、少なくとも接合する面において溝が形成されていれば良い。例えば図１（ｂ）に示されるように、ヨークと樹脂キャップとの接合面の全面において溝は形成される。ヨークおよび／または樹脂キャップに溝を形成する方法は特に限定されず、レーザー照射、紙ヤスリ、サンドブラスト、プラズマ照射などが挙げられる。なかでも、出力を調整することにより、溝の深さや幅を容易に調整することができ、さらに金属・非金属に関わらず十分な処理が可能である点で、レーザー照射が好ましい。

形成される溝の形状は特に限定されないが、格子状、縞状、渦巻状、放射状、円弧状などが挙げられる。なかでも、レーザー照射のパターンが容易で、かつ接着材料がより溝部に密着する点で、溝の形状は、格子状が好ましい。

溝の深さは特に限定されないが、１０μｍ以上１５０μｍ以下が好ましく、５０μｍ以上１００μｍ以下がより好ましい。１０μｍ未満では、接着材料の密着性が不十分となり、１５０μｍを超えると、レーザー出力が高くなるため、ヨーク材が酸化劣化により黒く変色してしまう傾向がある。

溝の幅は特に限定されないが、５μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上８０μｍ以下がより好ましい。５μｍ未満では、接着材料の密着性が不十分となり、１００μｍを超えると、接着材料との密着性が小さくなり、アンカー効果が小さくなる傾向がある。

溝を格子状に形成する場合、溝と溝の間隔は特に限定されないが、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、３０μｍ以上８０μｍ以下がより好ましい。１０μｍ未満では、溝部と溝部の間隔が狭小となり、レーザー加工での処理が困難となり、１００μｍを超えると、接着材料との密着性が小さくなり、アンカー効果が小さくなる傾向がある。

接着材料の形態は特に限定されないが、接着剤、接着フィルム、接着シート、接着塗料などが挙げられる。なかでも、作用面に容易に、且つ、むらを抑制して接着材料を充填できる点で、接着フィルムが好ましい。接着材料の成分としては、アクリル系、エポキシ系、シリコーン系、フッ素系、フッ素ゴム系、ポリイミド系等が挙げられる。また、接着材料は弾性接着材料が好ましい。なかでも、接着性の点で、フッ素系、シリコーン系の成分を有するものが好ましく、特にフッ素ゴム系が好ましい。

本実施形態の複合部材は、車載用インバーターやラジエーターのウォーターポンプ用磁石や燃料ポンプ用磁石等に使用することができる。特に、アキシャルギャップ構造をもつモーターに効果が得られる。

本実施形態の複合部材は、１２１℃、２気圧下、２００時間でのプレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）後において、ボンド磁石の残留磁束密度の低下率（減磁率）が小さく、減磁特性が高いという特性を有している。減磁率は、５％以下が好ましく、３％以下がより好ましい。

以下、実施例について説明する。なお、特に断りのない限り、「％」は重量基準である。
また、図１におけるウォーターポンプの樹脂キャップの接着性を簡易的に試験するため、図２に示す形状で実施した。

実施例および比較例で作製した複合部材を、以下に示す方法で評価した。

＜プレッシャークッカーテスト（ＰＣＴ）＞
１２１℃、２気圧の水蒸気存在下のオーブン中で２００時間保持するプレッシャークッカーテストを行う。２００時間保持した試料を室温で１時間以上冷却した後、磁束密度を、マグネットアナライザー（ＤＭＴ製）を用いて測定し、ＰＣＴ後の減磁率を求めた。

製造例（ボンド磁石用組成物）
サマリウム鉄窒素磁性粉末（平均粒径３μｍ）９１質量％に対してポリプロピレン樹脂粉末８質量％、フェノール系およびリン系酸化防止剤粉末を各０．３重量％、滑剤を０．１重量％をミキサーで混合した後、混合粉を二軸混練機に投入し、２３０℃にて混練して混練物を得た。得られた混練物を冷却後、適当な大きさに切断しボンド磁石用組成物を得た。

実施例１
５０ｍｍ×５０ｍｍ×４ｍｍのヨーク（材質：ＳＳ４００、亜鉛メッキ）において、２５ｍｍ×２５ｍｍの領域に、レーザー照射装置により格子状に溝を形成した。溝の深さは約６０μｍ、溝の幅は約２０μｍで、格子間の間隔は約５０μｍであった。製造例で作製したボンド磁石用組成物を、２５０℃のシリンダー内で溶解させ、９０℃に調温した金型内に配向磁場を印加しながら射出成形することにより、直径φ１０ｍｍ、高さ７ｍｍの円柱状のボンド磁石を作製した。なお、アキシャルギャップモータ用の磁石を作製する場合、該ヨークとボンド磁石が一体成形されたヨークを作製した。

上面の直径１１．５ｍｍ、底面の直径１３．５ｍｍ、底面から上面までの高さ７．６ｍｍ、厚さ０．５ｍｍであるシルクハット形状のポリフェニレンサルファイド製（ガラス繊維４０質量％含有）樹脂キャップを準備した。樹脂キャップ底面とヨークとの接着面の幅は１．５ｍｍであり、底面においてレーザー照射装置により格子状に溝を形成した。溝の深さは３０～３５μｍであり、また、溝の幅は約２０μｍであり、格子間の間隔は約５０μｍであった。

接着フィルム１（株式会社アイセロ製フィクセロン）を用いて、ヨークと樹脂キャップを接着させて、複合部材を作製した。ＰＣＴ後の減磁率は１．２％であった。

実施例２
接着フィルム１の代わりに接着フィルム２（大日本印刷株式会社製ＤＮＰ粘接着フィルムＳ６）を用いた以外は、実施例１と同様にして、複合部材を作製した。ＰＣＴ後の減磁率は２．７％であった。

比較例１
ヨークと樹脂製キャップに溝を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、複合部材を作製した。ＰＣＴ後の減磁率は５．２％であった。

本発明のボンド磁石は、高い耐熱性を有することから、ウォーターポンプ等の用途に好適に適用することができる。

１：ボンド磁石
２：ヨーク
３：軸
４：樹脂キャップ
５：接着材料
６：溝
７：固定子
８：回転子

Claims (7)

1. ボンド磁石が一体成形されたヨークと、該ヨークを覆う樹脂キャップとを接着材料で接合した複合部材であって、
   ヨークおよび／または樹脂キャップに形成された溝に、接着材料が充填されている複合部材。
2. 接着材料が、接着剤または接着フィルムである請求項１に記載の複合部材。
3. 接着材料が、弾性接着材料である請求項１または２に記載の複合部材。
4. 前記溝が格子状に形成されている請求項１～３のいずれか１項に記載の複合部材。
5. 前記溝の深さが１０μｍ以上１５０μｍ以下である請求項１～４のいずれか１項に記載の複合部材。
6. 前記ボンド磁石がＳｍＦｅＮ磁性粉末とポリアミドを含む請求項１～５のいずれか１項に記載の複合部材。
7. 前記樹脂キャップがポリフェニレンサルファイドを含む請求項１～６のいずれか１項に記載の複合部材。
   
   

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