(57)【要約】【課題】極着磁して環状に装着した場合に表面磁束密度が大きなシート状樹脂磁石を提供する。【解決手段】異方性磁石粉末をバインダーによって結合したシート状樹脂磁石において、異方性磁石粉末の配向方向がシート面に平行であって、シート面に、異方性磁石粉末の配向方向にシートの厚み以上の間隔を設けて配置した着磁用磁極によって着磁したシート状樹脂磁石。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異方性磁石粉末をバインダーによって結合したシート状樹脂磁石において、異方性磁石粉末の配向方向がシート面に平行であることを特徴とするシート状樹脂磁石。
【請求項２】
シート面に、異方性磁石粉末の配向方向にシートの厚み以上の間隔を設けて配置した着磁用磁極によって着磁したことを特徴とする請求項１記載のシート状樹脂磁石。
【請求項３】
異方性磁石粉末をバインダーによって結合したシート状樹脂磁石から構成された環状樹脂磁石において、異方性磁石粉末をシート面に平行に配向した後に、配向方向にシートの厚み以上の間隔を設けて配置した着磁用磁極によって着磁したシート状樹脂磁石を該配向方向に環状化したことを特徴とする環状樹脂磁石。
【請求項４】
シート状樹脂磁石の製造方法において、異方性磁石粉末とバインダーを含有する組成物を混練の後、シート状に成形をする際にシート面と平行に配向磁場を印加しながら成形することを特徴とするシート状樹脂磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート状樹脂磁石に関するものであり、とくに可撓性の板状の樹脂磁石に関するものであり、小型のモータに使用することが好適な可撓性の板状の樹脂磁石に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モータ用の磁石として各種のものが用いられており、磁性粉末を所定の形状に焼結した焼結型磁石と、磁性粉末を合成樹脂を結合樹脂として使用して成形した樹脂磁石が用いられている。樹脂磁石は、焼結磁石に比べて任意の形状の磁石を製造することができ、焼結磁石のように焼結後に加工する必要もないという特徴を有している。
とくに、シート状に成形した可撓性の樹脂磁石は、押出成形等によって連続的に製造することができ、射出成形等の成形方法に比べて製造が容易であり、しかも成形体を切断することによって任意の形状の磁石を得ることが可能であり、成形用の金型を変えることなく大きさの異なる樹脂磁石を得ることができるという特徴を有している。
【０００３】
このようにして製造される可撓性の樹脂磁石をモータのロータケース内の周壁内面に沿って固着したロータ用マグネットが特開平６−２５３４８０号公報等において提案されている。この方法では、ロータケース内の周壁内面に沿って配置することにより容易に円筒状磁石が得られるため、接着工程の省略等といったモータ製造上の利点がある。
特に希土類磁性材料を使用した可撓性の樹脂磁石を使用した場合には、強度が大きな磁界を発生することができるので、小型で強力なモータの製造には好適である。希土類磁性材料のなかでも特に高い磁気特性を有する異方性の希土類磁性材料はモータ用として特に好ましいものである。
【０００４】
異方性の磁性材料を使用した場合にその磁気特性を十分に引き出すには、シート状樹脂磁石の製造時に磁石粉末を配向する必要がある。従来のシート状樹脂磁石は、図３に示すように、シート状樹脂磁石をモータに装着した場合に磁極として作用する作用面に対して垂直方向に配向がなされているために、ロータケースの内周面に配置した場合には、モータのパーミアンスを大きくすることが困難であり、高性能な磁性材料を使用した場合でも十分な表面磁束密度を得ることが難しい場合があった。また、この問題はシート状マグネットが薄くなった場合にはより顕著となり、モーターの小型化、高性能化の要求に対して十分な表面磁束密度を有するとは言えないものであった。
【０００５】
また、特開平７−２５０４６０号公報には、極磁場配向用磁石を間隔を設けて配置した極磁場配向用ダイスによって、押出成形時に配向したシート状樹脂磁石の製造方法が提案されている。この方法によれば、作用面に対して垂直に配向した場合に比べて、大きな表面磁束密度が得られるものの、図５は、このような方法によって製造したシート状樹脂磁石を説明する図であり、極配向を施したシート状樹脂磁石１には、成形時に用いた成形用ダイスの構造によって磁極数や磁極間隔が制限される。その結果、モータの構成に応じて多数の樹脂磁石を製造することが必要となり、シート状樹脂磁石の特徴である切断によって大きさの変更が可能であるという特徴を充分に生かすことはできないものであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、永久磁石型モータに好適な静磁界を発生するシート状樹脂磁石を提供することを課題とするものであり、磁極数、磁極間隔が異なるモータにも適用可能なシート状樹脂磁石を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、異方性磁石粉末をバインダーによって結合したシート状樹脂磁石において、異方性磁石粉末の配向方向がシート状樹脂磁石の作用面に対して平行であるシート状樹脂磁石によって解決することができる。
また、シート状樹脂磁石が、シート面に異方性磁石粉末の配向方向にシートの厚み以上の間隔を設けて配置した着磁用磁極によって着磁した前記のシート状樹脂磁石である。
また、前記のシート状樹脂磁石を異方性磁石粉末の配向方向に一周した環状磁石である。
また、シート状樹脂磁石の製造方法において、異方性磁石粉末とバインダーを含有する組成物を混練の後、シート状に成形をする際にシート面と平行に配向磁場を印加しながら成形するシート状樹脂磁石の製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、永久磁石を用いたモータに使用する極着磁したシート状樹脂磁石を構成する異方性磁石の配向と着磁方法とを検討した結果、シート状磁石の作用面、すなわちモータに使用した場合に磁極となる面に平行に異方性磁石粉末を配向した後に、配向方向に所定の間隔を設けて配置した着磁ヨークによってシート状磁石の作用面から極着磁を行うことによって、高い表面磁束密度を有するモータに好適なシート状樹脂磁石を製造可能であることを見いだし本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、図６は、異方性シート状樹脂磁石に極着磁をした例を説明する図である。
図６（Ａ）は、着磁を説明する図である。シート状樹脂磁石１は、図３に示したようにシートの厚み方向に異方性配列をしたものであり、異方性磁石粉末１１は、磁化容易軸１２を厚み方向に整列している。着磁ヨーク１３によって極着磁によって磁極を形成しようとすると、着磁磁力線１４は、異方性磁石粉末の磁化容易軸１２によって着磁磁界が変形をして、図６（Ｂ）に示すように、磁化容易軸に沿った磁力線１５を有するシート状樹脂磁石を得ることができる。
ところが、磁力線１５は、異方化方向となるために、モータのロータケースの内周面に配置した場合には、作用面１６の反対側の漏洩磁束が大きくなるためにパーミアンスが小さくなるという問題点があった。
【００１０】
一方、図７は、等方性シート状樹脂磁石に極着磁をした例を説明する図である。
図７（Ａ）は、着磁を説明する図である。シート状樹脂磁石１は、シートの厚み方向に配向を施さずに異方性磁石粉末１１を等方性配列をしたものであり、磁化容易軸１２がランダムに配置している。着磁ヨーク１３によって極着磁によって磁極を形成すると、図７（Ｂ）に示すように、着磁磁力線１４と異方性磁石粉末の磁化容易軸１２とが平行なものは、完全に磁化されることとなり、磁化容易軸と着磁磁力線１４とが直角のものはほとんど磁化されないものとなる。その結果、着磁曲線と同等の磁力線１５が得られる。
その結果、作用面１６の反対側の漏洩磁束が少なくなるので、モータののロータケースの内周面に配置した場合には、作用面１６の反対側の漏洩磁束が小さくなる結果、パーミアンスが大きくなるという特性を得ることができる。
このように、極配向が施された通常のシート状樹脂と極着磁を施したシート状樹脂磁石では、極着磁を施したものの方が約５０％程度大きな表面磁束密度が得られる。
【００１１】
そこで、成形時に図７に示した着磁と同様に配向用磁石を配置することによって、図５に示したシート状樹脂磁石を製造する方法が考えられるが、磁極数や磁極間隔等が変化した場合その都度新たに金型が必要になる上に、切断によって自由に大きさを変更することもできないため、シート状樹脂磁石の利点が大きく損なわれてしまうという問題が生じた。
【００１２】
そこでさらに検討を進め、極配向はシート状樹脂磁石の厚みが減少するについれて、また磁極間隔が広がるにつれて作用面に対して平行方向の配向成分が増加する点に着目した。作用面に対して平行方向に配向が施されているシート状樹脂磁石では、隣り合う磁極の間隔がシート厚み以上である着磁ヨークを使用して着磁が行われた場合では作用面に対して垂直方向に配向したものよりも高い表面磁束密度が得られることを見出したものである。
【００１３】
図８は、作用面に平行方向に配向したシート状樹脂磁石に極着磁をした例を説明する図である。
図８（Ａ）は、着磁を説明する図である。シート状樹脂磁石１は、シートの作用面１５に平行に異方性磁石粉末１１を配向したものであり、磁化容易軸１２が作用面に対して平行に配置されている。
着磁ヨーク１３によって極着磁によって磁極を形成する場合には、各異方性磁石粉末１１が作用面に対して平行に配列されているので、図８（Ｂ）に示すように極着磁用の着磁磁力線１４は、異方性磁石粉末の磁化容易軸１２によって影響を受けるものの、同様の方向に配置されているので、磁化容易軸１２と着磁磁力線１４とがなす角度が大きなものを除いてほとんど磁化されないものとなる。その結果、着磁曲線と同等の磁力線１５を有するパーミアンスが大きな所望のシート状樹脂磁石を得ることができる。しかも、着磁により磁極数や磁極ピッチを任意に選択が可能であり、また切断にって自由な大きさが得られるというシート状樹脂磁石の利点を損なうことなく、より薄く、より高い表面磁束密度がえられるシート状樹脂磁石を提供することができる。
【００１４】
以下に、図面を参照して本発明のシート状樹脂磁石の製造方法を説明する。
図１は、本発明のシート状樹脂磁石の製造方法を説明する図である。
図１（Ａ）は、本発明のシート状樹脂磁石の成形装置を説明する図であり、先端部のダイの部分を説明する図であり、図１（Ｂ）は、配向磁場印加手段でのＡ−Ａ’線での断面図であり、また図（Ｃ）は、配向磁場印加手段によって配向したシート状磁石を説明する図である。
本発明のシート状樹脂磁石１は、異方性磁石粉末とバインダー用樹脂からなる組成物を成形装置２において押出成形、射出成形によってシート状に成形される。シート状に成形される際に、シート状樹脂磁石の押し出し方向に垂直で、シート状樹脂磁石の作用面に平行であって、シートの幅方向に配向用磁場を形成する配向磁場印加手段３によって配向される。
【００１５】
配向磁場印加手段は、ダイで加熱されて成形されるシート状樹脂磁石の幅方向に配向磁場を印加するように、ダイの幅方向の端部に配置されている。配向磁場印加手段によって印加される磁場は、大きな面積に与える必要はなく、また配向用の磁場を印加する断面積はシートの幅が大きくなっても増加しないので、シート幅にかかわらず均一な磁場を与えることができる。
【００１６】
しかも、成形装置による成形においては、ダイの成形面の温度調節等が重要であり、シートの広い成形面に面して加熱手段を設けることが必要となるが、本発明のシート状樹脂磁石の製造においては、シートの幅方向の端面には配向磁場印加手段を配置することができ、加熱手段と配向磁場印加手段のそれぞれの配置の自由度が増加するとともに、均一な磁場分布、温度分布が得やすいという利点も得られる。
【００１７】
図２は、本発明のシート状樹脂磁石の極着磁方法を説明する図である。
図２（Ａ）は、異方性樹脂粉末をシート状樹脂磁石のシート面に平行であって、押し出し方向に垂直に配向磁場を与えたシート状樹脂磁石１を説明する図であり、シート状樹脂磁石１は、配向磁場方向に平行な切断線１６によって切断される。
そして、図２（Ｂ）に示すように、各単位シート状樹脂磁石１７は極着磁手段１８によって着磁される。極着磁手段１８は、非磁性体１９の内部に、幅＝ｘの着磁用ヨーク２０が間隔＝ｙで配置されており、各着磁用ヨーク２０には、着磁用コイル２１が装着されており、各着磁用ヨークに対して磁力を与えて単位シート状樹脂磁石を極着磁する。
【００１８】
図２（Ｃ）は、極着磁によって形成されたシート状樹脂磁石を説明する図であり、所定の間隔で極着磁したシート状樹脂磁石を得ることができる。
図で示したものは、４極の極着磁を有するものであるが、極着磁の数、間隔は任意の大きさとすることができる。
磁極間隔が広がるにつれて作用面に対して平行方向の配向成分が増加すが、作用面に対して平行方向に配向が施されているシート状樹脂磁石にあっては、隣り合う磁極の間隔がシート厚み以上である着磁ヨークを使用して着磁が行われた場合では軸方向に配向したものよりも表面磁束密度が大きな樹脂磁石を得ることができる。
また、シート状樹脂磁石の幅、およびそれを切断する幅を変えることによって
任意の大きさの表面磁束密度が高いシート状樹脂磁石を得ることができる。
【００１９】
本発明のシート状樹脂磁石は、異方性磁石粉末を、ゴム、合成樹脂エラストマー等をバインダーとして製造することができ、あらかじめ異方性磁石粉末をシランカップリング剤等によって処理し、バインダーとの濡れ性を改善することが好ましい。
本発明のシート状樹脂磁石に使用される異方性磁性粉末としては、フェライト系磁性粉末、ネオジム−鉄−ホウ素系あるいはサマリウム−鉄−窒素系等の希土類磁性粉末等を挙げることができる。磁性粉末の粒径が大きくなると、シート状樹脂磁石の可撓性に好ましくない影響を及ぼすので、平均粒子径は１０μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
また、異方性磁性粉末は、合成ゴム、熱可塑性樹脂をバインダーとして結着してシート状樹脂磁石を作製することができる。合成ゴムとしては、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、ブタジエンゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム等を挙げることができる。また、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等のビニル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル、ポリエステルエラストマー、ポリアミド、ポリアミドエラストマー、ポリウレタン、ポリウレタンエラストマー、エチレン酢酸ビニル共重合体等の合成樹脂であって可撓性を有するものを使用することができ、これらの複数種を混合して使用しても良い。
また、異方性磁性粉末とバインダーとの配合比率は、磁石を使用する用途に応じて調整することが、一般には、全体量に対して異方性磁性粉末を４０ないし７０容量％とすることが好ましい。
【００２１】
また、混練、成形時の熱的な履歴によるバインダーの劣化を抑制するために、酸化防止剤を混合することが好ましい。酸化防止剤としては、ラジカル捕捉剤として作用するフェノール系、過酸化物分解剤として作用するチオエーテル系、リン系等の酸化防止剤を用いることができるがこれらの複数種を混合して使用することが好ましい。
また、熱溶融時の流動性を改善するために滑剤を添加することが好ましい。滑剤としては、炭化水素系、脂肪酸系、高級アルコール系、アミド系、エステル系、金属せっけん系等のものを挙げることができる。
更に、これらに、可塑剤、難燃剤、帯電防止剤等を加えても良い。
【００２２】
【実施例】
以下に、実施例、比較例を示し本発明を説明する。
実施例１
平均粒子径２．５μｍのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系異方性磁性粉末（日亜化学工業製　Ｚ１２）５０容量％、ポリアミドエラストマー（宇部興産製　ＰＡＥ１２００Ｕ）４８容量％、シランカップリング剤（信越化学工業製　ＫＢＭ６０２）１．２容量％、ステアリン酸（花王製　ルナック　Ｓ−３０）０．８容量％をヘンシェルミキサー（三井鉱山製　ＦＭ１５０Ｊ／Ｔ）で混合した後、二軸押出機にて混練し、ペレットとした。このペレットを磁場中射出成形機に投入し、シート長手方向に着磁磁界０．７１６×１０３ｋＡ／ｍ　にて磁場を印加しながら射出成形を行い厚さ１．５ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍでシート面と平行方向に異方化された成形体を得た。得られたシート状マグネットに対して図２に示した、磁極幅ｘ＝３ｍｍ、磁極間隔ｙ＝１０ｍｍの着磁ヨークを使用して、着磁磁界１．５９×１０３ｋＡ／ｍ　にて極着磁を行った。着磁後のシート状樹脂磁石の表面磁束密度をガウスメータで測定し、表１に表面磁束密度の最大値を磁束密度として示す。
【００２３】
実施例２〜４
実施例１と同様の方法で作製したシート状樹脂磁石に対して図２に示した構造の着磁ヨークを使用して磁極幅ｘ＝３ｍｍで、磁極間隔ｙを２〜２０ｍｍと変化させた極着磁を行った。着磁後のシート状樹脂磁石の表面磁束密度をガウスメータで測定し、表１に表面磁束密度の最大値を磁束密度として示す。
【００２４】
実施例５
平均粒子径２．５μｍのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系異方性磁性粉末５０容量％、ポリアミドエラストマー４８容量％、シランカップリング剤１．２容量％、ステアリン酸０．８容量％をヘンシェルミキサーで混合した後、二軸押出機にて混練し、ペレットとした。このペレットを押出成形機に投入し、押出方向と垂直かつ作用面と垂直の方向に着磁磁界１．１９×１０３ｋＡ／ｍ　にて磁場を印加しながら押出成形を行い厚さ１．５ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ５００ｍｍのシート状樹脂磁石を得た。押出方向と垂直に切断し厚さ１．５ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍでシート面と平行方向に異方化された成形体を得た。
得られたシート状樹脂磁石に対して図３に示した構造の着磁ヨークを使用して磁極幅ｘ＝３ｍｍで、磁極間隔ｙ＝１０ｍｍで、着磁磁界１．１９×１０３ｋＡ／ｍにて極着磁を行った。着磁後のシート状樹脂磁石の表面磁束密度をガウスメータで測定し、表１に表面磁束密度の最大値を磁束密度として示す。
【００２５】
実施例６
平均粒子１．５μｍの異方性フェライト粉末５０容量％、ポリアミドエラストマー（宇部興産製　ＰＡＥ１２００Ｕ）４８容量％、シランカップリング剤（信越化学工業製　ＫＢＭ６０２）１．２容量％、ステアリン酸（花王製　ルナックＳ−３０）０．８容量％をヘンシェルミキサーで混合した後、二軸押出機にて混練し、ペレットとした。このペレットを射出成形機に投入し、シート長手方向に着磁磁界０．７１６×１０３ｋＡ／ｍ　の磁場を印加しながら射出成形を行い厚さ１．５ｍｍ、１０×１００ｍｍでシート面と平行方向に異方化された成形体を得た。得られたシート状樹脂磁石に対して図２に示した構造の着磁ヨークを使用して磁極幅ｘ＝３ｍｍで、磁極間隔ｙ＝１０ｍｍで、着磁磁界１．１９×１０３ｋＡ／ｍにて極着磁を行った。着磁後のシート状樹脂磁石の表面磁束密度をガウスメータで測定し、表１に表面磁束密度の最大値を磁束密度として示す。
【００２６】
実施例７
平均粒子径２０μｍのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性磁性粉末５０容量％、ポリアミドエラストマー（宇部興産製　ＰＡＥ１２００Ｕ）４８容量％、シランカップリング剤（信越化学工業製　ＫＢＭ６０２）１．２容量％、ステアリン酸（花王製ルナック　Ｓ−３０）０．８容量％をヘンシェルミキサーで混合した後、二軸押出機にて混練し、ペレットとした。このペレットを射出成形機に投入し、シート長手方向に磁場を印可しながら射出成形を行いｔ１．５×１０×１００ｍｍでシート面と平行方向に異方化された成形体を得た。得られたシート状樹脂磁石に対して図３に示した構造の着磁ヨークを使用して磁極幅ｘ＝３ｍｍで、磁極間隔ｙ＝１０ｍｍで、着磁磁界１．１９×１０３ｋＡ／ｍにて極着磁を行った。着磁後のシート状樹脂磁石の表面磁束密度をガウスメータで測定し、表１に表面磁束密度の最大値を磁束密度として示す。
【００２７】
実施例８
実施例１と同様の方法で作製したシート状樹脂磁石を内側の半径１６ｍｍの合成樹脂製円筒の内面に円筒の中心を軸とするようにリング状に配置し、図４に示す、着磁磁極２３の磁極幅３ｍｍ、磁極間隔２０ｍｍである円柱状の着磁ヨーク２２を使用し、着磁磁界１．５９×１０３ｋＡ／ｍ　にて４極極着磁を行った。着磁後のリング状樹脂磁石の表面磁束密度をガウスメータで測定し、表１に表面磁束密度の最大値を磁束密度として示す。
【００２８】
比較例１、２
実施例１と同様の方法で作製したシート状樹脂磁石に対して図３に示した構造の着磁ヨークを使用して磁極幅ｘ＝３ｍｍで、磁極間隔ｙを０．５ｍｍ、１．０ｍｍに変化させて極着磁を行った。着磁後のシート状樹脂磁石の表面磁束密度をガウスメータで測定し、表２に表面磁束密度の最大値を磁束密度として示す。
【００２９】
比較例３〜８
成形時にシート厚み方向に磁場を印加する以外は実施例１と同様の方法で成形体を作製し、シート面に対して垂直方向に異方化されたシート状樹脂磁石を得た。このシート状樹脂磁石に対して図２に示した構造の着磁ヨークを使用して磁極幅ｘ＝３ｍｍ、磁極間隔ｙ＝０．５〜２０ｍｍと変化させて極着磁を行った。着磁後のシート状樹脂磁石の表面磁束密度をガウスメータで測定し、表２に表面磁束密度の最大値を磁束密度として示す。
【００３０】
【表１】
2004055992.tif 000003
【００３１】
【表２】
2004055992.tif 000004
【００３２】
【発明の効果】
本発明のシート状樹脂磁石は、異方性磁石粉末を磁石作用面に対して平行に配向した状態で成形したので、極着磁後のシート状樹脂磁石は、作用面に対して大きな表面磁束密度を有するとともに、モータの曲面形状に配置した場合には、パーミアンスが大きな磁石とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のシート状樹脂磁石の製造方法を説明する図である。
【図２】図２は、本発明のシート状樹脂磁石の極着磁方法を説明する図である。
【図３】図３は、従来のシート状樹脂磁石の配向を説明する図である。
【図４】図４は、実施例に用いた円柱状着磁ヨークを説明する図である。
【図５】図５は、従来の方法によって、極配向を施したシート状樹脂磁石を説明する図である。
【図６】図６は、異方性シート状樹脂磁石に極着磁をした例を説明する図である。
【図７】図７は、等方性シート状樹脂磁石に極着磁をした例を説明する図である。
【図８】図８は、作用面に平行方向に配向したシート状樹脂磁石に極着磁をした例を説明する図である。
【符号の説明】
１…シート状樹脂磁石、２…成形装置、３…配向磁場印加手段、１１…異方性磁石粉末、１２…磁化容易軸、１３…着磁ヨーク、１４…着磁磁力線、１５…磁力線、１６…切断線、１７…単位シート状樹脂磁石、１８…極着磁手段、１９…非磁性体、２０…着磁用ヨーク、２１…着磁用コイル、２２…円柱状の着磁ヨーク、２３…着磁磁極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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