JPH07235410A

JPH07235410A - 樹脂結合型軟質磁性体

Info

Publication number: JPH07235410A
Application number: JP6432594A
Authority: JP
Inventors: Junichi Tatsumi; 純一辰己; Shiko Nakajima; 志行中島
Original assignee: Yamauchi Corp
Current assignee: Yamauchi Corp
Priority date: 1994-02-22
Filing date: 1994-02-22
Publication date: 1995-09-05

Abstract

(57)【要約】【目的】モータ、トランス等におけるコア材として特
に好適であって、成形性が良く、けい素鋼板と同等の高
い飽和磁束密度が得られ、うず電流が発生せず、錆びな
い軟質磁性体を提供する。【構成】表面を絶縁化した表面抵抗１×１０^９Ωｃ
ｍ、平均粒子径５０μｍの球状鉄粉２ｋｇを１５ｇのシ
ラン系カップリング剤で表面処理し、これと直鎖型ポリ
フェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）粉末とを体積比
率４６：５４の割合でミキサーにて混合する。そして、
混練り、押出し、空冷を経た後、ストランドカットして
射出成形用のペレットを得る。このペレットから、射出
成形によって軟質磁性体（８）を成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は，電子機器，建材，自
動車，玩具等の分野において、モータ、トランス、磁気
シール材、フライホイール材、マグネットの被吸着材等
に用いられる樹脂結合型軟質磁性体に関する。その中で
も、モータ、トランス等におけるコア材として特に好適
に用いることのできる樹脂結合型軟質磁性体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、モータ等のコア材においては、純
鉄、けい素鋼板、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）等の軟質磁
性材料が用いられていた。そして、うず電流の発生を防
止するためには、軟質磁性材料の板材を所定の形状に打
ち抜き、それを所定の枚数積層し加圧一体化した後、粉
体塗装や樹脂塗装によって絶縁・防錆処理を施し、巻線
の後、組み立てを行っていた。従って、工数が多く、塗
装等に大変な手間がかかり、コストもかかっていた。そ
の上、積層浮きや積層ずれ等の不良も多く、また絶縁不
良等も発生することがあり、均質な製品が得られなかっ
た。

【０００３】こなような問題点を改善したものとして、
樹脂に鉄粉、フェライト等の磁性体粉末を混入した樹脂
結合型軟質磁性体が公知となっている。

【０００４】例えば、特開平４−５８７５３号公報に
は、固定子を構成するコア部と固定子ヨークと軸受け用
ハウジングとを、樹脂に鉄粉を混入した複合材によって
一体的に形成したコア付ＤＣブラシレスモータが示され
ている。このコア付ＤＣブラシレスモータによれば、コ
ア部と固定子ヨークと軸受け用ハウジング部とを一体成
形することによって、製造工数を減らし、かつ組み立て
位置の誤差を小さくすることができる。また、鉄粉とし
て純鉄粉末を使用すれば、けい素鋼板と同等の高い飽和
磁束密度を得ることも可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平４−
５８７５３号公報に示されているコア付ＤＣブラシレス
モータに用いられるコア材としての軟質磁性体は、使用
する鉄粉自体が高い導電性を有するため、うず電流が発
生しやすく、エネルギー効率の低下を十分に防止するこ
とができなかった。つまり、高い飽和磁束密度を得るた
めには鉄粉の混入量を多くする必要があるが、鉄粉の混
入量を多くすれば、うず電流の発生によって鉄損が極端
に増加するという問題があった。また、樹脂に鉄粉を混
入した軟質磁性体には、錆が発生しやすいという問題が
あった。

【０００６】一方、鉄粉に代えてＭｎ−Ｚｎ系フェライ
ト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト等のソフトフェライト粉末
を樹脂に混入した場合には、うず電流や錆は発生しにく
いが、ソフトフェライトの磁気特性に起因して高い飽和
磁束密度が得られないという欠点があった。

【０００７】なお、コア材以外の用途に用いられる軟質
磁性体についても、従来、金属やソフトフェライト等の
高透磁率を有する軟質磁性材料が単体で、あるいは樹脂
と混合した形で使用されていたが、単体で用いた場合は
複雑な形状に加工することが困難であり、また、樹脂と
混合して用いた場合は高い飽和磁束密度を得るのが困難
であった。また、軟質磁性材料の種類によっては錆の発
生に対処するために防錆処理をする必要もあった。

【０００８】そこで、この発明の目的は、上記課題を解
決し、成形性が良く、けい素鋼板と同等の高い飽和磁束
密度が得られ、うず電流が発生せず、錆びない軟質磁性
体を提供することにある。

【０００９】なお、この発明による軟質磁性体の用途
は、主としてモータ、トランス等のコア材であるが、そ
れ以外の軟質磁性体の用途、すなわちヨーク材、磁気シ
ール材、フライホイール材、マグネットの被吸着材等と
しても用いることができる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明による樹脂結合型軟質磁性体は、表面を絶
縁化した球状鉄粉を樹脂によって結合したことを特徴と
する。この発明に用いる表面を絶縁化した球状鉄粉は、
鉄粉表面に絶縁性物質が高密度に存在しており、かつ内
部は純度の高い鉄からなっている。このような球状鉄粉
としては、具体的には表面をヘマタイト相に改質した球
状鉄粉や、表面にシリコンおよびマンガンを高密度に存
在させた球状鉄粉が適している。

【００１１】表面にシリコンおよびマンガンを高密度に
存在させた球状鉄粉を製造するには、例えばシリコン及
びマンガンを０．２〜１０重量％含有する鉄線材を電気
ワイヤーガンに装備し、このガンに高電流を流して鉄線
材をアーク放電により溶融し、高圧の不活性ガスを導入
して噴霧し、これを冷媒中に吹き込み冷却して成形する
ことができる。上記電気ワイヤーガンにおいては鉄線材
は数千度に加熱されるので、成分金属は全て溶融混合さ
れ、表面張力の関係でマンガンおよびシリコンは鉄の表
面上に浮上析出し、電気抵抗の大なる高密度層を形成
し、しかも真円度大なる鉄粉が形成されるものと推察さ
れる。また、上記製造方法においては、溶融鉄材を不活
性ガスにより噴霧しているので粒子内部及び表面共に酸
化されることがなく、硬く堅牢かつ緻密にして化学的に
も物理的にも安定した鉄粉が形成されるものと推察され
る。

【００１２】なお、酸化被膜、樹脂コート、クロムメッ
キ等のように、被膜によって防錆・絶縁処理被膜を施し
た鉄粉は、内部と被膜層とが明確に分れているため、混
練時に被膜がはがれ、錆や導電性を引き起こすため使用
できない。一方、この発明に使用する鉄粉は、表面は絶
縁化され、内部は純度の高い鉄であるが、両者が明確に
層分離していないため、混練時に被膜がはがれることが
なく、従って、樹脂と結合して成形した後も錆が発生せ
ず、絶縁性も良好である。

【００１３】球状鉄粉の形状は、真円度が高く、かつ表
面が緻密であるのが好ましい。その理由は、表面に凹凸
があると、混練時に鉄粉の分散が悪く、また鉄粉どうし
が傷をつけ合って錆や絶縁不良の原因となり、更に成形
金型にも傷をつけやすくなるためである。

【００１４】球状鉄粉表面の好ましい電気抵抗は、１０
^６Ωｃｍ以上である。１０^６Ωｃｍより小さいと、うず
電流が発生しやすくなる。

【００１５】球状鉄粉の大きさは、平均粒子径が０．５
μｍ〜２００μｍの範囲内であるのが好ましい。０．５
μｍより小さい場合は、鉄粉表面を絶縁化する関係上、
鉄粉内部に高純度の鉄の部分がほとんどなくなり、高い
飽和磁束密度が得づらい。また、２００μｍより大きい
場合は、樹脂との混練成形が困難となる。

【００１６】また、球状鉄粉の粒度は、均一にするより
も、むしろ正規分布に近いある程度のばらつきをもたせ
る方が好ましい。粒度のばらつきを正規分布に近付ける
ことによって、樹脂中に球状鉄粉を高密度に充填するこ
とができる。

【００１７】軟質磁性体全体に占める球状鉄粉の体積比
率は、４０％〜７７％が好ましいが、高い飽和磁束密度
を得るためには６０％〜７７％とするのが特に好まし
い。４０％より少ない場合、好ましい飽和磁束密度が得
られない上、樹脂の成形収縮が大きくなり、成形品の寸
法精度が得られない。また、７７％より多い場合は、混
練りが困難となる。

【００１８】この発明に用いる樹脂には熱可塑性樹脂、
熱硬化性樹脂、熱可塑性エラストマー、天然ゴム、合成
ゴムが使用できる。熱可塑性樹脂としてはポリオレフィ
ン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド
樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテ
ルケトン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。熱硬化
性樹脂としてはフェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げ
られる。熱可塑性エラストマーとしてはオレフィン系、
エステル系等の熱可塑性エラストマーが挙げられる。合
成ゴムとしては、ニトリルゴム、スチレンゴム、クロロ
プレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、ポリイソ
ブチレン、塩素化ポリエチレン等が挙げられる。これら
の中でも、ポリフェニレンサルファイド樹脂及びポリエ
ーテルスルホン樹脂は耐熱性と成形性に優れ、かつこの
発明に用いる球状鉄粉との親和性が良好なため特に好ま
しい。

【００１９】球状鉄粉をシラン系、チタネート系、ジル
コニウム系等のカップリング剤で予め表面処理しておく
と、球状鉄粉と樹脂との結合がより強固なものとなるた
め効果的である。カップリング剤の使用量は球状鉄粉１
００重量％に対して０．１％〜２％程度が適量である。
また、樹脂と球状鉄粉とを混合する際、可塑剤、滑剤、
安定剤等の添加剤を必要により添加することができる。

【００２０】

【作用】この発明に使用する球状鉄粉は、粉体内部が高
純度の鉄であるため、けい素鋼板と同等の高い飽和磁束
密度と高い透磁率を得ることができる。また、鉄粉表面
を絶縁化しているため、錆が発生しない。そして、絶縁
化した鉄粉表面と樹脂との結合によって、うず電流の発
生を防止する。更に、球状鉄粉と樹脂とを結合した樹脂
結合型軟質磁性体であるから、射出成形、圧縮成形、押
出し成形、カレンダー成形等の種々の成形方法が可能で
あり、複雑な形状の成形や、他の部材との一体成形も容
易となる。

【００２１】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。

【００２２】〔実施例１〕表面を絶縁化した表面抵抗１
×１０^９Ωｃｍ、平均粒子径５０μｍの球状鉄粉２ｋｇ
を１５ｇのシラン系カップリング剤で表面処理し、これ
と直鎖型ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）粉
末とを体積比率４６：５４の割合でミキサーにて混合す
る。そして、混練り、押出し、空冷を経た後、ストラン
ドカットして射出成形用のペレットを得る。このペレッ
トから、射出成形によって１０ｍｍ×１０ｍｍ×８ｍｍ
の直方体の軟質磁性体を成形した。

【００２３】〔実施例２〕直鎖型ポリフェニレンサルフ
ァイド樹脂粉末に代えて、ポリエーテルスルホン樹脂
（ＰＥＳ）粉末を用いた以外は全て実施例１と同様にし
て、実施例２の軟質磁性体を成形した。

【００２４】〔比較例１〕表面を防錆・絶縁塗装した面
積１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚み０．５ｍｍのけい素鋼板を
１６枚積層し、加圧一体化した後、さらに絶縁・防錆処
理を施して、１０ｍｍ×１０ｍｍ×８ｍｍの直方体の軟
質磁性体を得た。

【００２５】〔比較例２〕表面を絶縁化した球状鉄粉に
代えて、純鉄粉末を用いた以外は、全て実施例１と同様
にして比較例２の軟質磁性体を成形した。

【００２６】〔比較例３〕表面を絶縁化した球状鉄粉に
代えて、酸化被膜鉄粉を用いた以外は、全て実施例１と
同様にして比較例３の軟質磁性体を成形した。

【００２７】〔比較例４〕表面を絶縁化した球状鉄粉に
代えて、マグネタイト粉末を用いた以外は、全て実施例
１と同様にして比較例４の軟質磁性体を成形した。

【００２８】〔比較例５〕表面を絶縁化した球状鉄粉に
代えて、Ｍｎ−Ｚｎフェライト粉末を用いた以外は、全
て実施例１と同様にして比較例５の軟質磁性体を成形し
た。

【００２９】〔比較試験〕実施例１，２および比較例１
〜５の各軟質磁性体について、飽和磁束密度（Ｂｓ）、
保磁力（ｉＨｃ）、および電気抵抗（Ｒｓ）を測定し、
さらに防錆試験を行なった。なお、電気抵抗は、１００
Ｖ抵抗計にて測定した。また、防錆試験については、各
軟質磁性体を温度５０°Ｃ、湿度９０％の空気中に５０
０時間放置した後、錆の発生の有無を目視によって確認
した。各軟質磁性体の配合および試験結果を表１に示
す。

【００３０】

【表１】

【００３１】比較例１のけい素鋼板は、磁気特性および
防錆特性については優れているが、作成に大変な手間が
かかる上、不良品も発生し易く均質な製品が得られない
という問題を有している。比較例２，３については、磁
気特性は良好であるが、絶縁性が悪く、錆も発生するた
め使用できない。比較例４は、保磁力が高過ぎて軟質磁
性体としては使用できない。また、比較例５は、飽和磁
束密度が小さいため、極めて限られた用途にしか使用で
きない。

【００３２】これらに対し、実施例１，２は、磁気特
性、絶縁性共にけい素鋼板に近い満足な値を示し、また
錆も発生しない。そして、射出成形が可能なため、以下
の使用例に示すように成形が容易で、均質な製品が得ら
れる。

【００３３】

【使用例】以下、この発明による軟質磁性体からなるコ
ア材を用いた直流モータの例を図面を用いて説明する。

【００３４】〔使用例１〕図１は、この発明による軟質
磁性体を用いた使用例１の周対向直流ブラシレスモータ
１を示す横断面図である。また、図２は、図１における
Ａ−Ａ’断面図である。

【００３５】この直流ブラシレスモータ１において、回
転子２は軸受３によって固定子４に回転可能に支持され
ている。回転子２はマグネットケース５とマグネット６
とロータ軸７とで構成されている。マグネット６はマグ
ネットケース５に接着されている。一方、固定子４は、
コア材８とコイル９とで構成されている。そして、コア
材８は、コア部８ａとハウジング部８ｂとを射出成形に
より一体成形したこの発明による軟質磁性体である。

【００３６】〔使用例２〕図３は、この発明による軟質
磁性体を用いた使用例２の周対向直流ブラシ付モータ１
１を示す横断面図である。また、図４は、図３における
Ｂ−Ｂ’断面図である。

【００３７】この直流ブラシ付モータ１１において、固
定子１２には回転子１３が軸受１４ａ、１４ｂによって
回転可能に支持されている。固定子１２は、マグネット
ケース１５とマグネットケース１５に接着されたマグネ
ット１６とで構成されている。一方、回転子１３は、コ
ア材１７とコイル１８とロータ軸１９とで構成されてい
る。そして、コア材１７は、射出成形によってロータ軸
１９をインサート成形したこの発明による軟質磁性体で
ある。

【００３８】〔使用例３〕図５は、この発明による軟質
磁性体を用いた使用例３の面対向直流ブラシレスモータ
２１を示す横断面図である。また、図６は、図５におけ
るＣ−Ｃ’断面図である。

【００３９】この直流ブラシレスモータ２１において、
回転子２２は軸受２３によって固定子２４に回転可能に
支持されている。回転子２２はマグネットケース２５と
マグネット２６とロータ軸２７とで構成されている。マ
グネット２６はマグネットケース２５に固着されてい
る。一方、固定子２４は、コア材２８とコイル２９とで
構成されている。そして、コア材２８は、コア部２８ａ
とヨーク部２８ｂとを射出成形により一体成形し、しか
もコイル２９をインサート成形したこの発明による軟質
磁性体である。

【００４０】使用例１〜３の各直流モータで用いたこの
発明による軟質磁性体製のコア材は、コア部とハウジン
グ部、ヨーク部等とを射出成形によって一体成形でき、
また、ロータ軸、コイル等をインサート成形することも
できる。このため、モータの製造工数が大幅に削減でき
る。また、けい素鋼板製のコア材に比べて寸法精度が良
く、均質であるため、回転むらやトルクむらが発生しな
い。

【００４１】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、この発明に
よる軟質磁性体は、表面を絶縁化した球状鉄粉を樹脂に
よって結合しているため、高い絶縁性を有しており、う
ず電流が発生せず、また錆も発生しない。また、粉体内
部が高純度の鉄である球状鉄粉を使用しているため、け
い素鋼板と同等の高い飽和磁束密度を有している。更
に、射出成形、圧縮成形、押出し成形、カレンダー成形
等任意の成形方法を選択することができ、複雑な形状の
成形や、他の部材との一体成形も容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による軟質磁性体を用いた使用例１の
周対向直流ブラシレスモータ１を示す横断面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ’断面図である。

【図３】この発明による軟質磁性体を用いた使用例２の
周対向直流ブラシ付モータ１１を示す横断面図である。

【図４】図３におけるＢ−Ｂ’断面図である。

【図５】この発明による軟質磁性体を用いた使用例３の
面対向直流ブラシレスモータ２１を示す横断面図であ
る。

【図６】図５におけるＣ−Ｃ’断面図である。

【符号の説明】

１周対向直流ブラシレスモータ２，１３，２２回転子４，１２，２４固定子５，１５，２５マグネットケース６，１６，２６マグネット８，１７，２８コア材９，１８，２９コイル１１周対向直流ブラシ付モータ２１面対向直流ブラシレスモータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面を絶縁化した球状鉄粉を樹脂によっ
て結合した樹脂結合型軟質磁性体。
【請求項２】表面にシリコンおよびマンガンが高密度
に存在する球状鉄粉を樹脂によって結合した樹脂結合型
軟質磁性体。