JPH03257807A - 樹脂磁石構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は支持部材の外周に永久磁石を形成し、所謂モー
タの磁石ロータに使用されるようなバルク状永久磁石構
造体の製造方法に関し、更に詳しくは希土類−鉄系合金
の超急冷粉を樹脂によりバルク状に固定化すると同時に
支持部材と直接一体化した樹脂磁石構造体とする製造方
法に関する。

従来の技術 希土類−鉄系合金をメルトスピニング法で超急冷するこ
とにより２０〜４００ｎｍのＲ２ＴＭＩ４Ｂ相（ＲはＮ
ｄ　　Ｐｒ、ＴＭはＦｅ　　Ｃｏ）と非晶質相とを共有
する準安定状態の永久磁石材料が得られる。（Ｒ，Ｗ、
Ｌｅｅ　；Ａｐｐ　１．ｐｈｙｓ。

Ｌｅｔｔ、Ｖｏｌ、４６（８）、１５　　ＡｐｐＨ９８
５ｐ７９０） この材料は磁気的に等方性であり、一般に７．５ｋＧＢ
上の比較的高い残留磁束密度を有する。しかし、超急冷
法によって得られる材料形態は薄片、或いは箔などの粉
末状であり、モータなどに使用されるようなバルク状の
永久磁石とするには薄片、或いは箔などの粉末を何等か
の方法で固定化する技術が必要である。−射的には超急
冷粉を樹脂によりバルク状に固定化する樹脂磁石が知ら
れている。

上記樹脂磁石のモータ分野への具体的応用例として先ず
Ｓｍ−Ｃｏ系樹脂磁石などの応用分野であるＯＡ用ＰＭ
型ステップモータに使用されるような小径の環状磁石を
挙げることができる。

応用の理由としてはＳｍ−Ｃｏ系樹脂磁石など、ラジア
ル磁気異方性を付与する必要のある環状磁石で配向度の
高い磁石とするには、金型の外周からヨークにより磁化
コイルで励磁した所定量の磁束をキャビティ中へ有効に
集束させる必要がある。

しかし、環状磁石の小径化をすると起磁力のかなりの部
分が漏洩磁束として消費され、十分な配向度が得られず
モータの小形化、高トルク化に十分対応できなくなるた
めである。

次に、フェライト焼結磁石の応用分野である数Ｗクラス
の家電用ブラシレスモータに使用されるような比較的径
の大きな環状磁石を挙げることができる。この場合、磁
性支持部材を介して軸と一体化する磁石ロータである。

応用の理由としては、予め希土類−鉄系合金の超急冷粉
とマイクロカプセル化した液体樹脂とを固体樹脂で顆粒
状中間体とし、前記顆粒状中間体へ硬化剤と滑剤とを添
加・混合してコンパウンド化し、磁性支持部材を配置し
たキャビティ中へ充填し、圧縮することで磁性支持部材
と一体化した環状樹脂磁石構造体とし、そのまま直接ブ
ラシレスモータなどの磁石ロータとすることができるか
らである。これにより、少な（とも、モータのトータル
コストを維持しつつ、モータの小形化、高トルク化の要
求に応えることができる可能性を見出だしたからである
。

この可能性とは、樹脂磁石の磁気特性の他に、次の要点
を挙げることができる。■室温で支持部材とともにコン
パウンドを圧縮することにより、例えば外径５０ｗｍ程
度の環状磁石でも容易に肉厚１ｍ程度で製造できること
、■環状磁石を磁性支持部材と接着層を介さずに面接密
着でき、パーミアンス係数を向上できること、■磁石と
支持部材との接着工程を省略できること、■ロータ回転
のバランス修正を省略できることなどである。

発明が解決しようとする課題 しかし数Ｗクラスの家電用ブラシレスモータから数十〜
数百Ｗクラスに至る高出力の家電用ブラシレスモータや
ＦＡ用サーボモータの磁石ロータへ展開するためには、
樹脂磁石の高密度化による残留磁束密度の向上や、その
水準の安定化、支持部材との一体化強度の向上や、その
水準の安定化。

薄肉環状磁石から厚肉化、或いは異形環状化などへの形
状対応力の向上や寸法精度の確保などの課題に応えるこ
とが求められていた。

本発明は、固体樹脂で、予め希土類−鉄系合金の超急冷
粉とマイクロカプセル化した液体樹脂とを顆粒状中間体
とし、前記顆粒状中間体へ硬化剤と滑剤とを添加・混合
してコンパウンド化し、磁性支持部材を配置したキャビ
ティ中へ充填し、圧縮することで磁性支持部材と一体化
した磁石ロータとなるような環状樹脂磁石構造体を製造
する方法の改良をねらいとし、とくに固体樹脂成分を特
定することが課題を解決する有効な手段となることを見
出だしたものである。

課題を解決するための手段 本発明は、（ａ）少な（とも分子鎖中にアルコール性水
酸基を有するエポキシオリゴマーの１種または２種Ｕ上
で軟化温度（Ｄｕｒｒａｎ’ｓ　　ｍ。

ｐ、２℃）６５〜８５℃の固体エポキシとし、該固体エ
ポキシで希土類−鉄系合金の超急冷粉と液体エポキシ樹
脂内包カプセルとを顆粒状の中間体とする工程、（ｂ）
顆粒状の中間体に粉体硬化剤と滑剤とを混合してコンパ
ウンド化する工程、（ｃ）コンパウンドを圧密化したグ
リーン体を支持部材と一体的に直接成形する工程、（ｄ
）グリーン体のエポキシ樹脂成分の加熱硬化によりグリ
ーン体と支持部材とを一体的に剛体化する工程からなる
ものである。

と（に、高密度化による残留磁束密度の向上のためには
、希土類−鉄系合金の合金組成をＮ　ｄ１２〜１３Ｃｏ
１６〜２０Ｂ４〜目残部Ｆｅおよび不可避不純物とし、
支持部材との一体化強度の向上や強度水準の安定化には
超急冷粉を９３〜９６重量％とすることや、カプセルを
非熱軟化性の単核球状カプセルとすること、更に滑剤を
エポキシ樹脂の加熱硬化温度よりも高い融点を有する脂
肪酸金属石鹸とすることなどが望ましい。

作用 以下、本発明を更に詳しく説明する。

先ず、本発明で言う少なくとも分子鎖中にアルコール性
水酸基を有するエポキシオリゴマーとして下記一般式で
示されるグリシジルエーテル型が例示できる。これはエ
ピクロルヒドリンと多価フェノールとの反応によって得
られるもので、とくに有用な多価フェノールはレゾルシ
ノールおよびフェノールとアルデヒド或いはケトンとの
反応によって得られる各種のビスフェノール類である。

このビスフェノール類の代表的なものは２．２′ビス（
Ｐ−ヒドロキシフェニルプロパン）であるビスフェノー
ルＡであり、更にビスフェノールＦ。

ビスフェノールＳなどをも挙げることができる。

以下余白 但し、上式中Ｒ７は−Ｈまたは−ＣＨ３であり、Ｒ２〜
９は、それぞれ独立に−Ｈ，−ＣＩ、　−Ｂｒまたは−
Ｆであり、Ａは炭素数１〜８のアルキレン基、−Ｓ−、
−Ｏ−または−８Ｏｇ−であり、ｎは重合度であり、０
もしくは１以上の整数である。

本発明においては上記重合度ｎの値は単独である必要は
なく数種の分子の混合物であっても差し支えないが、少
な（とも分子鎖中にアルコール性水酸基を有し、且つ、
軟化温度（Ｄｕｒｒａｎ’　ｓｍ、ｐ．，℃）６５〜８
５℃の固体エポキシであることが必要である。この材料
に特定した理由はコンパウンドの粉末成形性の確保によ
り樹脂磁石の高密度化による残留磁束密度の向上や、そ
の水準の安定化、支持部材との一体化強度の向上や、そ
の水準の安定化、薄肉環状磁石がら厚肉化、或いは異形
環状化などへの形状対応力の向上や寸法精度の確保など
の課題に応えるための基本的要件に関わるからである。

なお、この材料は少なくとも超急冷粉とカプセルとを顆
粒状の中間体にするため超急冷粉基準で２重量％以上、
更に好ましくは４重量％程度必要である。

次に、本発明で言う希土類−鉄系合金の超急冷粉とは希
土類−鉄系合金をメルトスピニング法などの超急冷によ
り製造した２０〜４００ｎｍのＲ２ＴＭ１．Ｂ相（Ｒは
Ｎｄ　　Ｐｒ、ＴＭはＦｅＣ○）と非晶質相とを共有す
る準安定状態の永久磁石材料を言う。この材料に特定し
た理由はこの磁気的に等方性であるため樹脂によるバル
ク成形時に磁気異方化の必要がないことや、一般に７．
５ｋＧ以上の比較的高い残留磁束密度を有するので超急
冷粉を樹脂によりバルク状に成形しても比較的高度な磁
気特性を確保できるからである。

希土類−鉄系合金の合金組成をＮｄ＋２〜目ＣｏｌＢ〜
２０　　Ｂ４〜１１残部Ｆｅおよび不可避不純物とした
理由は、その原子％範囲で樹脂磁石として高水準の（Ｂ
Ｈ）ｍａｘと△Ｂ　ｒ　／　Ｂ　ｒに代表される熱安定
性が確保できるからである。また超急冷粉を９３〜９６
重量％に特定した理由は９６重量％以上では樹脂磁石構
造体としての一体化強度や強度水準の維持が困難であり
、一方９３重量％以下では磁気特性の確保がより困難に
なるからである。

次に、本発明で言うマイクロカプセルは、例えば１ｎ−
ｓｉｔｕ重合法により製造したもので、液体エポキシ樹
脂を内包物質としホルマリン縮合系樹脂をセルとした数
〜数十μ間の単核球状カプセルである。単核球状カプセ
ルとすることでコンパウンドでの均質な分散を確保し、
セルの架橋密度の調整でセルの熱軟化を防ぎ、その耐薬
品性を高めることで液体エポキシ樹脂の内包量を８０〜
９０重量％まで高めることができる。液体エポキシ樹脂
は樹脂磁石構造体の一体化強度や強度水準を維持するの
である。なおりプセルの一体成形における役割は、先ず
コンパウンドの粉末流動性や重合不活性による貯蔵安定
性の確保にある。次に、金型キャビティ中に充填したコ
ンパウンドを圧縮したときに生じるカプセルの物理的破
損に起因する内包液体エポキシ樹脂の流出である。セル
の破損により粘稠な液体成分が流出することにより圧縮
応力の緩和と、磁性支持部材への粘着力が発現する。ま
た、液体エポキシ樹脂は硬化することにより固体エポキ
シより高い架橋密度を確保することができるので樹脂磁
石構造体の一体化強度や強度水準を高める効果がある。

次に、本発明で言う粉体硬化剤とは潜在硬化性を有する
ジシアンジアミド、およびその誘導体、各種カルボン酸
ジヒドラジド、アミンおよびその誘導体、などの群より
選ばれる１種または２種以上を言う。

次に、滑剤を適宜選ばれた粉体硬化剤により選択される
エポキシ樹脂の加熱硬化温度よりも高い融点を有する脂
肪酸金属石鹸とする理由は、先ず、コンパウンドの粉末
成形性を高めることである。

またエポキシ樹脂成分の硬化によって樹脂磁石を支持部
材と一体的に剛体化するときに樹脂磁石と支持部材との
界面に液化、或いは気化した脂肪酸金属石鹸の濃度の高
い層の形成を抑制することで樹脂磁石構造体としての寸
法精度や支持部材との一体的な剛体化強度の信頼性を確
保するためである。

実施例 以下、本発明を実施例により説明する。

先ず、本発明の実施例で使用した支持部材は板厚０．５
ｍｍの電磁鋼板を外径４８　ｍ　、内径８爾に打ち抜き
、２２枚積層した積層電磁鋼板であり、その外周面に肉
厚１．１０ｗｎの環状樹脂磁石を一体的に成形した薄肉
環状樹脂磁石構造体を例示するが、本発明はこれに限定
されるものではない。

次に本発明例と比較例の成分配合は下記重量％を基準と
した。

固体エポキシ　　　　　　　　　　４．０超急冷粉　　
　　　　　　　　　９３．７液体エポキシ樹脂内包カプ
セル　　１．３粉体硬化剤　　　　　　　　　　　０．
６滑剤　　　　　　　　　　　　　　０．４ただし本発
明では、少なくとも分子鎖中にアルコール性水酸基を有
するエポキシオリゴマーの１種または２種以上で軟化温
度６５〜８５℃の固体エポキシであることが必要である
。

次に、本発明例と比較例の樹脂磁石構造体の製造工程は
下記（ａ）〜ω）を基準とした。

（ａ）：固体エポキシで厚さ２０〜３０μｍ１粒子径５
３〜３００μ−の超急冷粉と粒子径１０〜２５μ−の液
体エポキシ樹脂内包カプセルとを粒子径５３〜５００μ
−の顆粒状の中間体とする工程、（ｂ）：顆粒状の中間
体に平均粒子径１０μ園の潜在性アミン系粉体硬化剤と
平均粒子系６μ―の滑剤とを混合してコンパウンド化す
る工程、（ｃ）：コンパウンドを圧密化しつつ予め固体
エポキシの軟化温度以上に加熱した支持部材と一体的な
グリーン体を直接成形する工程、 （ｄ）ニゲリーン体のエポキシ樹脂成分の１２０℃２０
分の加熱硬化によりグリーン体と支持部材とを一体的に
剛体化する工程、 第１図は工程（ｃ）を更に詳しく説明した一体成形の動
作を示す。図中１はコンパウンド、２は支持部材、３は
一体成形したグリーン体であり、Ｃ１はコンパウンドの
キャビティ中への充填、Ｃ２は磁性支持部材の金型への
セット、Ｃ３は磁性支持部材のキャビティ中への移送、
Ｃ４はコンパウンドの圧縮、Ｃ５は磁性支持部材と一体
化したグリーン体の金型からの離型を示す。

また、一体化強度は支持部材である積層電磁鋼板を固定
し、樹脂磁石の一方の端面に均等にクロスヘツド速度１
０園／　ｍ　ｉ　ｎで荷重を加えたときの剪断破壊荷重
とし、寸法精度は樹脂磁石外径寸法の変化率（膨張）を
金型基準で表わす。

（顆粒状の中間体の効果） 工程（ａ）で超急冷粉を固体エポキシで顆粒状の中間体
としない場合には工程（ｃ）での成形動作中、金型習動
部の間隙に超急冷粉が入りこみ円滑な動作を連続して繰
り返すことができない。この理由は超急冷粉が５３〜３
００μ閣と比較的粗い粒度であっても、厚さ２０〜３０
μｍの薄片であることに起因する。なお、顆粒状の中間
体を得るには、超急冷粉の粒度分布の広い範囲で比表面
積は概ね０．０４〜０．０５ｊ／ｇであるから超急冷粉
の粒度分布にあまり関わりなく少なくとも固体エポキシ
を２重量％以上、好ましくは４重量％程度使用しなけれ
ばならない。顆粒状の中間体とすることにより工程（ｃ
）のＣ１〜Ｃ５の動作を円滑に連続して繰り返すことが
できる。

（固体エポキシの軟化温度の効果） 分子鎖中にアルコール性水酸基を有し、軟化温度を興に
する４重量％の固体エポキシ５種を用いて、樹脂磁石構
造体とした。

第２図は固体エポキシの軟化温度に対する樹脂磁石構造
体の寸法精度と一体化強度の関係を示す特性図である。

。 図から明らかなように本発明にかかる固体エポキシの軟
化温度６５〜８５℃の範囲が最も寸法精度や一体化強度
が優れたものとなる。軟化温度がこれより低い場合には
固体エポキシが３０℃程度の室温でブロッキングし易く
なるため、工程（ａ）および（ｂ）での歩留まりを低め
るばかりか工程（ｃ）の、とくにＣ１での成形動作を円
滑に連続して繰り返すことはできない。

（固体エポキシの分子鎖中のアルコール性水酸基の効果
） 軟化温度６５〜８５℃、分子鎖中にアルコール性水酸基
を有する本発明にかかる固体エポキシ４重量％に対し、
軟化温度６５〜８５℃、分子鎖中にアルコール性水酸基
を持たないノボラック型固体エポキシを用いて、樹脂磁
石構造体とした。寸法精度は双方ともに０．０７％程度
である。しかし、エポキシ基の濃度はノボラック型固体
エポキシの方が２〜３倍量であるにも拘らず、一体化強
度は分子鎖中にアルコール性水酸基を有する本発明にか
かる固体エポキシの３４０〜３６０ｋｘｆに対して１９
０〜２００ｋｇｆと約４０％も低下する。

これは分子鎖中にアルコール性水酸基を有する固体エポ
キシでは、その極性の存在により支持部材である積層電
磁鋼板との密着が促進されるからである。密着の促進は
工程（ｃ）の、とくにＣ５から工程ω）に至るまで樹脂
磁石構造体のハンドリング性の確保に対しても有効とな
る。

（超急冷粉の合金組成の効果） Ｎ　ｄ　１２〜＋３　　Ｃｏ　＋ｅ　〜２０　　Ｂｓ残
部Ｆｅまたは、Ｎｄ１２〜＋３Ｂｓ残部Ｆｅの超急冷粉
９３．７重量％から樹脂磁石構造体とした。

第３図は工程（ｃ）の０４での圧縮圧力と樹脂磁石の密
度の関係を示す特性図である。

図から明らかなように、Ｎ　ｄ　１２〜１３　　Ｃｏ１
６〜２０Ｂ６残部ＦｅのようにＦｅの一部をＣｏ置換す
ることは本発明に基づく樹脂磁石の圧縮性を高める効果
がある。この理由はＦｅの一部をＣｏ置換することで超
急冷粉が圧縮圧力により機械的に破損し易（なり、緻密
化を促進するからである。なお、Ｆｅの一部を１６〜２
０原子％のＣｏで置換することは△Ｂｒ／Ｂｒを−０，
０７％／℃程度まで低下させる効果もあり、樹脂磁石の
高密度化による磁束量の増加や、磁気的な熱安定性の向
上、機械的強度の向上に効果的である。

（超急冷粉の含有量の効果） 第４図は超急冷粉の含有量に対する樹脂磁石構造体の寸
法精度と一体化強度の関係を示す特性図である。超急冷
粉の含有量９６Ｍ量％以下で０．１０％以下の寸法精度
と２００ｋｇｆ以上の一体化強度とを確保することがで
きる。しかし９５重量％以下での寸法精度は飽和傾向を
示し、磁束量の低下を招くので９３重量％程度までに留
めることが好ましい。

（非熱軟化性単核球状カプセルの効果）例えばホルマリ
ン縮合系樹脂をセルとした非熱軟化性単核球状カプセル
の縮合度を下げるこ古により、９０〜１００℃で熱軟化
する単核球状カプセルとすることができる。このような
熱軟化する単核球状カプセルは工程（ａ）で固体エポキ
シの溶媒として使用する有機溶剤に侵され易く、その結
果、内包液体エポキシの流出を招くので工程Ｃの、とく
に０１でのコンパウンドの充填に支障を来す。

また樹脂磁石構造体を１２０℃で１００ｈ放置した外径
寸法変化率では非熱軟化性単核球状カプセルを使用した
場合の変化率０．０１％以下に対して熱軟化する単核球
状カプセルの場合にはその１０倍量にも達する。

一方、非熱軟化性であっても多核球状カプセルを使用し
た場合、その粒子径の粗大化に伴って、機械的に破損し
易くなるために工程（ａ）や工程（ｂ）で内包液体エポ
キシの流出を招（ので工程Ｃの、とくにＣ１でのコンパ
ウンドの充填に支障を来す。

く滑剤の効果） 滑剤の存在は工程（ｃ）での成形動作を円滑に連続して
繰り返すことに効果的である。

第５図は滑剤としてステアリン酸カルシウム（融点約１
８０℃）を使用した場合の、滑剤量に対する樹脂磁石構
造体の寸法精度と一体化強度の関係を示す特性図である
。滑剤の含有量の増加に伴って寸法精度は向上するが、
一体化強度は低下する。寸法精度の確保のためには０．
２％以上、好ましくは０．４重量％の含有量が必要であ
る。

一方、滑剤としてステアリン酸及び、その各種金属石鹸
をコンパウンドの０．４重量％使用した場合、一体化強
度は滑剤の融点が低下するに従って低下する傾向が見ら
れた。とくに適宜選ばれた粉体硬化剤により選択される
エポキシ樹脂の加熱硬化温度よりも低い融点を有する滑
剤程樹脂磁石構造体の一体化強度が低下する傾向が見ら
れる。

この理由は工程（ｄ）、すなわちエポキシ樹脂成分の硬
化によって樹脂磁石を支持部材と一体的に剛体化すると
きに樹脂磁石と支持部材との界面に液化、或いは気化し
た脂肪酸または、その金属石鹸の濃度の高い層の形成を
促進することで樹脂磁石構造体としての寸法精度や支持
部材との一体的な剛体化強度の低下を招くためである。

発明の効果 本発明は、固体樹脂で、予め希土類−鉄系合金の超急冷
粉とマイクロカプセル化した液体樹脂とを顆粒状中間体
とし、前記顆粒状中間体へ硬化剤とを添加・混合してコ
ンパウンド化し、磁性支持部材を配置したキャビティ中
へ充填し、圧縮することで磁性支持部材と一体化した磁
石ロータとなるような環状樹脂磁石構造体を製造する方
法の改良をねらいとし、と（に固体樹脂成分を特定する
ことが課題を解決する有効な手段となることを見出だし
たものである。

これにより数Ｗクラスの家電用ブラシレスモータから、
より高度な樹脂磁石構造体としての特性が求められる数
十〜数百Ｗクラスに至る高出力の家電用ブラシレスモー
タやＦＡ用サーボモータの磁石ロータへ展開することが
でき、その工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は樹脂磁石構造体の一体成形動作図、第２図は固
体エポキシの軟化温度に対する樹脂磁石構造体の寸法精
度と一体化強度の関係を示す特性図、第３図は第１図工
程（ｃ）の０４での圧縮圧力と樹脂磁石の密度の関係を
示す特性図、第４図は超急冷粉の含有量に対する樹脂磁
石構造体の寸法精度と一体化強度の関係を示す特性図、
第５図は滑剤量に対する樹脂磁石構造体の寸法精度と一
体化強度の関係を示す特性図である。 １・・・・・・コンパウンド、２・・・・・・支持部材
、３・・・・・・一体成形グリーン体。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）少なくとも分子鎖中にアルコール性水酸基
   を有するエポキシオリゴマーの１種または２種以上で軟
   化温度（Ｄｕｒｒａｎ’ｓｍ．ｐ．，℃）６５〜８５℃
   の固体エポキシとし、該固体エポキシで希土類−鉄系合
   金の超急冷粉と液体エポキシ樹脂内包カプセルとを顆粒
   状の中間体とする工程、（ｂ）顆粒状の中間体に粉体硬
   化剤と滑剤とを混合してコンパウンド化する工程、（ｃ
   ）コンパウンドを圧密化したグリーン体を支持部材と一
   体的に直接成形する工程、（ｃ）グリーン体のエポキシ
   樹脂成分の加熱硬化によりグリーン体と支持部材とを一
   体的に剛体化する工程、とからなる樹脂磁石構造体の製
   造方法。
2. （２）希土類−鉄系合金が合金組成Ｎｄ＿１＿２＿〜＿
   １＿３Ｃｏ＿１＿６＿〜＿２＿０　Ｂ＿４＿〜＿１＿１
   （数値は原子％）残部Ｆｅおよび不可避不純物である請
   求項１記載の樹脂磁石構造体の製造方法。
3. （３）超急冷粉が９３〜９６重量％である請求項１記載
   の樹脂磁石構造体の製造方法。
4. （４）カプセルが非熱軟化性の単核球状カプセルである
   請求項１記載の樹脂磁石構造体の製造方法。
5. （５）滑剤がエポキシ樹脂の加熱硬化温度よりも高い融
   点を有する脂肪酸金属石鹸である請求項１記載の樹脂磁
   石構造体の製造方法。
6. （６）支持部材が積層電磁鋼板である請求項１記載の樹
   脂磁石構造体の製造方法。