(57)【要約】【課題】磁石と電機子鉄心とが対向した空間に強力な静磁界を与え、高出力化や低消費電力化を促進し、信頼性を維持しつつ、磁石のリサイクル性を改善する高性能磁石の製造方法およびその磁石を実装したモ−タの提供を目的とする。【解決手段】少なくとも熱可塑性樹脂と希土類磁石粉体とを含む混合粉体を成形型に投入した後、その熱可塑性樹脂を溶解する溶剤を滴下あるいは噴霧し、熱可塑性樹脂の融点あるいは流動開始温度以下で、必要に応じて適宜アキシャル磁場配向しながら成形型中で圧縮成形する樹脂ボンド磁石の製造方法。【選択図】　図１
2004072005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも熱可塑性樹脂と希土類磁石粉体とを含む混合粉体を成形型に投入した後、前記熱可塑性樹脂を溶解する溶剤を滴下あるいは噴霧し、前記熱可塑性樹脂の融点あるいは流動開始温度以下で、必要に応じて適宜アキシャル磁場配向しながら成形型中で圧縮成形することを特徴とする樹脂ボンド磁石の製造方法。
【請求項２】
希土類磁石粉体を、熱可塑性樹脂を溶解する溶剤で湿らせた後、前記熱可塑性樹脂を添加・攪拌して混合した粉体を成形型に投入し、前記熱可塑性樹脂の融点あるいは流動開始温度以下で、必要に応じて適宜アキシャル磁場配向しながら成形型中で圧縮成形することを特徴とする樹脂ボンド磁石の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の磁石を再度成形金型内で圧縮して整形する樹脂ボンド磁石の製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂が熱可塑性エラストマーである樹脂ボンド磁石の製造方法。
【請求項５】
前記希土類磁石粉体がＦｅ−Ｂ−Ｒ（但し、ＲはＮｄまたは／およびＰｒ）系磁石粉体であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の樹脂ボンド磁石の製造方法。
【請求項６】
前記Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系磁石粉体が、Ｎｄ、Ｆｅ（Ｃｏ）およびＢから成る合金の溶融物を急冷して得られる薄片から構成される、Ｎｄ２（Ｆｅ、Ｃｏ）１４Ｂの磁性相を有する磁気的に等方性の磁石粉体であることを特徴とする請求項５記載の樹脂ボンド磁石の製造方法。
【請求項７】
前記Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系磁石粉体が、Ｎｄ、Ｆｅ（Ｃｏ）およびＢから成る合金の溶融物を急冷して得られる薄片から構成される、少なくともα−Ｆｅおよび／またはＦｅ３Ｂの磁性相とＮｄ２（Ｆｅ、Ｃｏ）１４Ｂの磁性相とを有する磁気的に等方性の磁石粉体であることを特徴とする請求項５記載の樹脂ボンド磁石の製造方法。
【請求項８】
前記希土類磁石粉体がカ−ボンファンクショナルシラン処理した希土類磁石粉体であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の樹脂ボンド磁石の製造方法。
【請求項９】
希土類磁石粉体が溶湯合金を急冷凝固、熱間据込み（Ｄｉｅ−Ｕｐ−Ｓｅｔｔｉｎｇ）または水素分解／再結晶したＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）系磁石粉体の１種または２種以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の樹脂ボンド磁石の製造方法。
【請求項１０】
熱間据込み（Ｄｉｅ−Ｕｐ−Ｓｅｔｔｉｎｇ）または水素分解／再結晶（ＨＤＤＲ）処理したＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）系磁石粉体の２０℃における固有保磁力がＨＣＪ１４ｋＯｅ以上である請求項９記載の樹脂ボンド磁石の製造方法。
【請求項１１】
水素分解／再結晶処理した磁石粉体が２．５原子％以上のＤｙを必須成分としたＮｄ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｂ、Ｇａ、Ｚｒ系合金である請求項１０記載の樹脂ボンド磁石の製造方法。
【請求項１２】
２０℃における最大エネルギ−積［ＢＨ］ｍａｘが１６ＭＧＯｅ以上である請求項１１記載の樹脂ボンド磁石の製造方法。
【請求項１３】
前記熱可塑性樹脂がポリウレタン樹脂であり、前記溶剤がｍ−クレゾール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコール、シクロヘキサノン、１−ヘキサノールのうち少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の樹脂ボンド磁石の製造方法。
【請求項１４】
前記熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂であり、前記溶剤がｍ−クレゾール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコール、シクロヘキサノン、１−ヘキサノール、シクロヘキサン、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、メチルシクロヘキサン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、トルエン、キシレンのうち少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の樹脂ボンド磁石の製造方法
【請求項１５】
少なくとも片面を異形状に加工した請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の樹脂ボンド磁石の製造方法。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の樹脂ボンド磁石を実装した磁石モ−タ。
【請求項１７】
請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の樹脂ボンド磁石を環状形状にカ−リングして実装した磁石モ−タ。
【請求項１８】
請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の樹脂ボンド磁石を、前記熱可塑性樹脂の融点あるいは流動開始温度以下で塑性変形により任意の形状に変形させて実装した磁石モ−タ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート状に成形する樹脂ボンド磁石の製造方法、およびそれを実装して高出力化や低消費電流化の要求に応えられる小径磁石モ−タに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は本発明に係る出力数Ｗ以下の環状磁石モ−タの断面構成図である。図において、基板１には複数の突極と中心孔を備えた電機子鉄心２が固定されており、前記突極には駆動巻線３が巻回され、中心孔には軸受４が挿入されている。この軸受４によって軸５が回転自在に支持されている。電機子鉄心２から突出した回転軸５の上端部は回転子枠６の中心孔が固着されている。回転子枠６は電機子鉄心２を囲み、その周壁内面に多極着磁された環状磁石７が固着されている。
【０００３】
従来、上記環状磁石モ−タは、一般にフェライト磁石粉体とバインダで構成した可撓性シ−ト状磁石を帯状に切断し、環状形状にカ−リングして回転子枠の周壁内面に固着し、電機子鉄心の突極面と対向させた構成である。該フェライト磁石粉体は粒子径が３μｍ以下と微細な金属酸化物であるため帯状に切断しても切断面の磁石粉体が環状磁石モ−タの性能や信頼性に重大な影響を及ぼすことはなかった。しかし、フェライト磁石粉体とバインダで構成した可撓性シ−ト状磁石は最大エネルギ−積［ＢＨ］ｍａｘが高々１．４ＭＧＯｅ程度であり、環状磁石モ−タの高出力化、低消費電力化の要求に応えるには磁石が電機子鉄心と対向した空間に強力な静磁界をつくることが重要となる。
【０００４】
ところで、希土類磁石粉体とバインダで構成した可撓性シ−ト状磁石を帯状に切断し、環状形状にカ−リングして回転子枠の周壁内面に固着し、電機子鉄心の突極面と対向させた構成の磁石モ−タの先行技術として、特許第２７６６７４６号公報に、▲１▼Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系、（Ｃｅ、Ｌａ）−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉体、▲２▼天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレン酢ビゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、▲３▼クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩化ポリエチレンの各▲１▼〜▲３▼の群の１種または２種以上を選択し、▲１▼が９２〜９６ｗｔ％、密度４．９〜５．８ｇ／ｃｍ３とした可撓性シ−ト状磁石。また、特許第２５２８５７４号公報に、（ａ）Ｒ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）系磁石粉体とバインダを混練する工程、（ｂ）前記混練物を粉砕した後、シ−ト状に圧延する工程、（ｃ）シ−ト状に圧延した磁石素材を１２５〜１８０℃で６０〜１８０ｍｉｎ熱処理する工程、とからなる可撓性シ−ト状磁石の製造方法。更に、実用新案第２５２８６７０号公報に、突極を有しコイルが巻回された電機子鉄心と、可撓性シ−ト状磁石を帯状に切断し、環状形状にカ−リングして電機子鉄心の突極面と対向させた環状磁石を備えたモ−タであって、磁石はＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）系磁石粉体を配合したものであり、上記磁石の圧延面を電機子鉄心の突極面と対向させ、磁石切断面の剪断面を電機子側に位置させてなるモ−タが開示されている。
【０００５】
しかし、１．シ−ト状磁石の密度が４．９〜５．８ｇ／ｃｍ３であることからの磁気性能の限界、２．可撓性バインダは希土類磁石粉体とは本質的な接着状態になく、励磁された電機子鉄心の磁気吸引力で希土類磁石粉体が脱落、飛散して回転雑音や回転障害を引起こすなど信頼性の課題、３．エポキシ樹脂皮膜処理、可撓性バインダの加硫と切断面の再加熱、回転子枠に固着する際の切断面の制約など工程が煩雑で信頼性にも課題がある。
【０００６】
一方、特公平６−８７６３４号公報に、電機子鉄心と対向した空間に強力な静磁界をつくるために磁気的に等方性のＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）磁石粉体と結合剤で構成した外径２５ｍｍ以下、密度５ｇ／ｃｍ３以上の環状樹脂磁石とした構成の環状磁石モ−タが開示されている。磁気的に異方性の磁石粉体は環状磁石の小径化に伴っての配向度が低下することから環状磁石モ−タの小型化と高出力化の両立が困難であったが、磁気的に等方性の磁石粉体であれば環状磁石の径に依存することなく、例えば密度６．２〜６．３ｇ／ｃｍ３であれば最大エネルギ−積［ＢＨ］ｍａｘ１１〜１２ＭＧＯｅに達し、この種の環状磁石モ−タの高出力化、低消費電流化に効果的であった。例えば、Ｓｒフェライト磁石粉体とバインダで構成した厚さ１．５５ｍｍ、幅７．２ｍｍの可撓性シ−ト状磁石を帯状に切断し、カ−リングして内径２２．５ｍｍの回転子枠の周壁内面に固着した環状磁石モ−タの起動トルク１．５ｍＮ−ｍに対し、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）磁石粉体と結合剤で構成した外径２２．５ｍｍ、厚さ１．１０ｍｍ、高さ９．４ｍｍ、密度５．８ｇ／ｃｍ３の圧縮成形環状磁石を回転子枠に固着した環状磁石モ−タの起動トルクは２０ｍＮ−ｍに達する。更に特公平６−４２４０９号公報に記載されているような、磁気的に等方性のＦｅ−Ｂ−Ｒ系磁石粉体の結合剤として、例えば室温で固体のビスフェノ−ル型エポキシの如き分子鎖内にアルコ−ル性水酸基を有するオリゴマ−とイソシアネ−ト再生体を用いればＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）系磁石粉体をより一層強固に接着固定することができる。その理由は、イソシアネ−ト再生体とはイソシアネ−ト化合物に活性水素化合物を予め付加したもので、熱解離によってイソシアネ−ト基を遊離し、遊離したイソシアネ−ト基がアルコ−ル性水酸基と反応、ウレタン結合などにより架橋する。その際、遊離したイソシアネ−ト基の一部がＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）系磁石粉体のような金属表面の吸着水と反応して置換尿素体を生成し、これが金属酸化物表層とキレ−ト結合を生成することなどによる。そのため、磁石粉体が脱落、飛散して環状磁石モ−タの性能や信頼性に重大な影響を及ぼすことなく、磁場配向が困難な小径の環状磁石モ−タの高出力化や低消費電流化には最も効果的な従来技術と考えられる。しかし、磁気的に等方性のＲ−Ｆｅ−Ｂ系樹脂磁石は、その密度から磁気性能が制約され、熱硬化性結合剤で強固に接着固定されているためリサイクル性に難点がある。
【０００７】
なお、特開平５−２９９２２１号公報に、希土類−鉄−窒素系磁石粉体と酸変性したスチレン系エラストマ−を混練／圧延し、更に切断した短冊をカ−リングすることにより小型モ−タに使用するような密度５．６ｇ／ｃｍ３、最大エネルギ−積［ＢＨ］ｍａｘ４．４ＭＧＯｅの環状磁石が開示されている。しかし、磁気的に等方性のＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄまたは／およびＰｒ）磁石粉体と結合剤との密度６．２〜６．３ｇ／ｃｍ３、最大エネルギ−積［ＢＨ］ｍａｘ１１〜１２ＭＧＯｅの環状樹脂磁石に比べると磁気性能で及ばず、電機子鉄心との空隙に強力な静磁界が得られない。また、ピニング型の希土類−鉄−窒素系磁石粉体は数μｍのＳｍ２Ｆｅ１７Ｎ３磁石相単相から成る微粉体のため化学的に活性で、切断面で希土類−鉄−窒素系磁石粉体が大気中に暴露され、酸化腐食による永久減磁やスチレン系エラストマ−との密着力低下による磁石粉体の脱落、飛散などの課題があった。
【０００８】
また、熱可塑性樹脂をバインダとして用いた樹脂ボンド磁石は、熱可塑性樹脂と磁石粉体を加熱して溶融・混錬によりペレット化した後、射出成形や押出し成形により成形することが一般的である。しかし、この成形方法では、磁石粉体の充填量を大きくすると溶融粘度が大きくなり流動性の低下により十分な成形ができなくなるため、磁石粉体充填量は９０〜９４ｗｔ％程度までが限度である。
【０００９】
そこで、可塑剤を添加して溶融粘度を低下させることにより、流動性を改善する方法が特開平４−３２３８０５号に開示されている。しかし、可塑剤を添加すると、一般に強度が低下するという課題がある。また、熱可塑性樹脂の分子量を小さくするなどして、樹脂の溶融粘度を低下させることもいろいろ検討されている。しかし、熱可塑性樹脂の溶融粘度を小さくすると磁石紛体と樹脂とが均一に混ざらず、射出成形などノズル部で樹脂と磁石紛体が分離しやすくなり、ノズル詰まりなどの問題が発生しやすくなる。また、可塑剤を添加した場合と同様に強度が低下する傾向もある。そのため、単純に熱可塑性樹脂の溶融粘度を小さくしていくだけでは限界がある。
【００１０】
また、特開平５−３１５１７４号には磁石紛体としてガスアトマイズ法により作成した球状の磁石紛体を用いることによって、充填量を上げると共に流動性も改善することが開示されている。但し、流動助剤も添加することを必須としており、単純に磁石粉体の形状を変えることだけでは効果は小さい。
【００１１】
また、例えば、特開平５−２９９２３２号公報には、磁石紛体の粒度分布を平均粒径の大きな第１のグループと平均粒径の小さな第２のグループを混合して粒度分布に２つの山があるような構成として、成形性が良好でありながら、磁石粉体の充填量を上げる方法が開示されている。このように磁石紛体などの充填物の粒度を調整することにより、充填量を大きくすることは有効な手段であるが、現在最も多く使用されている等方性のホウ素−ネオジミウム−鉄急冷磁石粉体の場合には、粒度を小さくすると磁気特性が低下する傾向がある。そのため、そのような磁石紛体を粉砕して微粉化することは充填量を上げることはできても磁気特性は思ったほど向上できないことになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来、一般にフェライト磁石粉体とバインダで構成した可撓性のシ−ト状磁石を帯状に切断し、環状形状にカ−リングして回転子枠の周壁内面に固着し、電機子鉄心の突極面と対向させた構成の磁石モ−タが知られている。該フェライト磁石粉体は粒子径が３μｍ以下と微細な金属酸化物であるため帯状に切断しても切断面の磁石粉体が磁石モ−タの性能や信頼性に重大な影響を及ぼすことはなかった。しかし、フェライト磁石粉体とバインダで構成した可撓性磁石は最大エネルギ−積［ＢＨ］ｍａｘが高々１．４ＭＧＯｅ程度であり、磁石モ−タの高出力化、低消費電力化の要求に応えるためには磁石が電機子鉄心と対向した空間に強力な静磁界をつくる必要がある。
【００１３】
ところで、磁気的に等方性のＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）系磁石粉体と可撓性バインダで構成したシ−ト状磁石を帯状に切断し、環状にカ−リングして回転子枠の周壁内面に固着し、電機子鉄心の突極面と対向させた構成の磁石モ−タは、１．可撓性磁石の密度が４．９〜５．８ｇ／ｃｍ３であることからの磁気性能の限界、２．可撓性バインダは希土類磁石粉体とは本質的な接着状態になく、切断面では一部の磁石粉体が大気中に暴露され、励磁された電機子鉄心の磁気吸引力で希土類磁石粉体が脱落、飛散して回転雑音や回転障害を引起こすなど信頼性の課題、３．エポキシ樹脂皮膜処理、可撓性バインダの加硫と切断面の再加熱、回転子枠に固着する際の切断面の制約など工程が煩雑な欠点がある。
【００１４】
一方、電機子鉄心と対向した空間に強力な静磁界をつくるために磁気的に等方性のＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）磁石粉体と結合剤で構成した外径２５ｍｍ以下、密度５ｇ／ｃｍ３以上の環状樹脂磁石とした構成の磁石モ−タは磁石粉体を結合剤で強固に接着固定できるので磁石粉体が脱落、飛散して磁石モ−タの性能や信頼性に重大な影響を及ぼすことはなく、小径磁石モ−タの高出力化や低消費電流化に最も効果的であるが、密度６．２〜６．３ｇ／ｃｍ３、最大エネルギ−積［ＢＨ］ｍａｘ１０〜１１ＭＧＯｅが限界であり、更なる磁石モ−タの小型高出力化、低消費電流化の要求に応えるには限界にきている。しかも、磁石粉体が熱硬化性結合剤で強固に接着固定されているので難リサイクル性の欠点を有している。
【００１５】
更に、異方性希土類磁石粉体と可撓性磁石の例では、希土類−鉄−窒素系磁石粉体と酸変性したスチレン系エラストマ−を混練／圧延し、更に切断した短冊をカ−リングすることにより小型モ−タに使用するような密度５．６ｇ／ｃｍ３、最大エネルギ−積［ＢＨ］ｍａｘ４．４ＭＧＯｅの環状磁石が開示されている。しかし、磁気的に等方性のＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄまたは／およびＰｒ）磁石粉体と結合剤との密度６．２〜６．３ｇ／ｃｍ３、最大エネルギ−積［ＢＨ］ｍａｘ１１〜１２ＭＧＯｅの環状樹脂磁石に比べると磁気性能で及ばず、電機子鉄心との空隙に強力な静磁界が得られない。また、ピニング型の希土類−鉄−窒素系磁石粉体は数μｍのＳｍ２Ｆｅ１７Ｎ３磁石相単相から成る微粉体のため化学的に活性で、切断面で希土類−鉄−窒素系磁石粉体が大気中に暴露され、酸化腐食による永久減磁やスチレン系エラストマ−との密着力低下による磁石粉体の脱落、飛散などの課題があった。
【００１６】
また、熱可塑性樹脂と磁石粉体を加熱して溶融・混錬によりペレット化した後、射出成形や押出し成形により成形する方法では、磁石粉体の充填量を大きくすると溶融粘度が大きくなり流動性の低下により十分な成形ができなくなるため、磁石粉体充填量は９０〜９４ｗｔ％程度までが限度である。
【００１７】
そこで、可塑剤を添加して溶融粘度を低下させることにより、流動性を改善する方法が提案されているが、可塑剤を添加すると、一般に強度が低下するという課題がある。
【００１８】
また、磁石紛体の粒度分布を平均粒径の大きな第１のグループと平均粒径の小さな第２のグループを混合して粒度分布に２つの山があるような構成として、成形性が良好でありながら、磁石粉体の充填量を上げる方法があるが、現在最も多く使用されている等方性のホウ素−ネオジミウム−鉄急冷磁石粉体の場合には、粒度を小さくすると磁気特性が低下する傾向がある。そのため、そのような磁石紛体を粉砕して微粉化することは充填量を上げることはできても磁気特性は思ったほど向上できないことになる。
【００１９】
また、磁石粉体として異方性希土類磁石粉体を使用する場合、熱などによって酸化劣化しやすく、また、混練や圧縮による磁石粉体の割れや欠けによって磁石粉体に新生面が出来るとその面はより酸化劣化しやすいため、成形条件によっては磁気特性が低下する。さらに、そのような新生面のできた磁石成形体は、長期減磁も大きくなる。そのため、異方性希土類磁石粉体を用いる場合は、できるだけ熱や圧力がかからない成形条件が必要となる。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記磁石およびモ−タの従来技術に鑑みてなされたもので、磁石と電機子鉄心とが対向した空間に強力な静磁界を与え、高出力化や低消費電力化を促進し、信頼性を維持しつつ、磁石のリサイクル性を改善する高性能磁石の製造方法および、その磁石を実装したモ−タの提供を目的とする。
【００２１】
つまり、本発明の製造方法は、少なくとも熱可塑性樹脂と希土類磁石粉体とを含む混合粉体を成形型に投入した後、その熱可塑性樹脂を溶解する溶剤を滴下あるいは噴霧し、熱可塑性樹脂の融点あるいは流動開始温度以下で、必要に応じて適宜アキシャル磁場配向しながら成形型中で圧縮成形する樹脂ボンド磁石の製造方法である。または、希土類磁石粉体を、熱可塑性樹脂を溶解する溶剤で湿らせた後、熱可塑性樹脂を添加・攪拌して混合した粉体を成形型に投入し、熱可塑性樹脂の融点あるいは流動開始温度以下で、必要に応じて適宜アキシャル磁場配向しながら成形型中で圧縮成形する樹脂ボンド磁石の製造方法である。さらに、上記のようにして成形した磁石を再度成形金型内で圧縮して整形した樹脂ボンド磁石の製造方法である。また、このようにして作成した樹脂ボンド磁石を、例えば回転子枠にカ−リングして環状形状磁石として実装した磁石モ−タである。このような最終的に切断面をもたない樹脂ボンド磁石は内部の空隙率を２ｖｏｌ％以下とすることができるので、希土類磁石粉体が大気中に直接暴露される危険性が極めて少なく、酸化腐食による永久減磁や磁石粉体の脱落飛散を防ぐことができる。なお、本発明に供される熱可塑性樹脂は、柔軟性の高いものが好ましく、特に熱可塑性エラストマーが好適である。さらに、好ましい熱可塑性エラストマ−としては、可撓性、耐熱性、磁石粉末充填量向上、加工性などの観点から、例えば、ポリウレタン系エラストマ−やポリアミド系エラストマーを挙げることができる。この種の熱可塑性エラストマ−は通常ペレット状態であることが多いが、予め、例えば４０ｍｅｓｈ以下に粗粉砕した粉体とすることが望ましい。また、この種の熱可塑性樹脂を溶解する溶剤としてはｍ−クレゾール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ジエチレングリコール、シクロヘキサノン、１−ヘキサノールなどが挙げられる。上記、熱可塑性樹脂と混合する希土類磁石粉体は溶湯合金の急冷凝固、熱間据込み（Ｄｉｅ−Ｕｐ−Ｓｅｔｔｉｎｇ）、あるいはまた水素分解／再結晶（ＨＤＤＲ）したＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）系磁石粉体の１種または２種以上を挙げることができる。とくに水素分解／再結晶（ＨＤＤＲ）処理したＤｙを含むＮｄ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｂ、Ｇａ、Ｚｒ系磁石粉体で、２０℃における残留磁化Ｊｒが１１．５ｋＧ以上、固有保磁力ＨＣＪが１４ｋＯｅ以上のＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）系磁石粉体を使用すると、最大エネルギ−積［ＢＨ］ｍａｘが１８ＭＧＯｅ以上の樹脂ボンド磁石を容易に得ることができる。したがって、磁石モ−タとしての高出力化や低消費電流化に好ましい。なお、希土類磁石粉体の粉体粒子径を１００μｍ以下とすると多極着磁した際の磁極間の磁束量を均質化できるため磁石モ−タのトルクリップルの低減に効果的である。また、少なくとも片面を異形化した可撓性磁石は磁石モ−タのコギングトルク低減に効果的である。なお、柔軟性の小さな熱可塑性樹脂を用いた場合や、モータへの実装時に大きな変形を必要とする磁石の場合は、熱可塑性樹脂の流動開始温度あるいは融点以下の温度で加温した状態で塑性変形により変形させて実装することが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳しく説明する。
【００２３】
本発明の磁石は、少なくとも熱可塑性樹脂と希土類磁石粉体とを含む混合粉体を成形型に投入した後、その熱可塑性樹脂を溶解する溶剤を滴下あるいは噴霧し、熱可塑性樹脂の融点あるいは流動開始温度以下で、必要に応じて適宜アキシャル磁場配向しながら成形型中で圧縮成形した樹脂ボンド磁石である。または、希土類磁石粉体を、熱可塑性樹脂を溶解する溶剤で湿らせた後、熱可塑性樹脂を添加・攪拌して混合した粉体を成形型に投入し、熱可塑性樹脂の融点あるいは流動開始温度以下で、必要に応じて適宜アキシャル磁場配向しながら成形型中で圧縮成形した樹脂ボンド磁石である。さらに、上記のようにして成形した樹脂ボンド磁石を再度成形金型内で圧縮して整形した樹脂ボンド磁石である。また、このようにして成形するため、切断面のない樹脂ボンド磁石となり、この磁石を、例えば回転子枠にカ−リング実装した磁石モ−タである。
【００２４】
本発明の樹脂ボンド磁石は、熱可塑性樹脂を溶解する溶剤を滴下あるいは噴霧し、熱可塑性樹脂粒子あるいはペレット表面を一部溶解することで、樹脂粒子同士および樹脂粒子と磁石粉体との密着性や接着性を上げることによって、樹脂の融点あるいは流動開始温度以下でも、また通常の圧縮成形よりも低圧でも十分に成形可能な状態にすることができる。そのため、磁石粉体の充填量を従来の射出成形や押出し成形よりも高充填にすることが可能であり、磁石粉体の微細化や酸化劣化による磁気特性の低下も抑制することができる。
【００２５】
また、希土類磁石粉体が異方性磁石粉体の場合、成形型中で圧縮成形中に磁場配向する必要があるが、熱可塑性樹脂粒子表面が一部溶解していることにより、配向も容易にすることができるため高配向性となる。さらに、熱可塑性樹脂を溶解させて成形すると冷却固化および金型を再度溶解温度以上にまで加温する時間がかかり生産性が低下するが、本発明の方法の場合、冷却固化や金型再加熱の必要がなくなるため、生産性を大きく向上させることができる。
【００２６】
本発明の熱可塑性樹脂に希土類磁石粉体を高充填分散、配向、固定化した樹脂ボンド磁石は従来の可撓性シ−ト状磁石のような切断面がなく、その表面は熱可塑性樹脂リッチ層で覆われ、磁石内部も空隙率２ｖｏｌ％以下とボイドレス状態に近い。したがって、特許第２７６６７４６号公報に開示されているようなＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系、（Ｃｅ、Ｌａ）−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉体を、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレン酢ビゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴムの群とクロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩化ポリエチレン群の１種または２種以で分散、配向、固定化するのに比べて励磁された電機子鉄心の磁気吸引力で希土類磁石粉体が脱落、飛散して環状磁石モ−タの回転雑音や回転障害を引起こすなど信頼性の課題、あるいはエポキシ樹脂皮膜処理、可撓性バインダの加硫と切断面の再加熱、回転子枠に固着する際の切断面の制約など全ての課題を解決するとともに、非加硫であるから磁石のリサイクル性も兼ね備えている。
【００２７】
次に、本発明で言う熱可塑性樹脂中に分散させる希土類磁石粉体とは、１−５ＳｍＣｏ、２−１７ＳｍＣｏ系などの希土類−コバルト磁石粉体や、２−１７−３ＳｍＦｅＮなどの希土類−鉄窒化物磁石粉体も対象となる。しかし、希土類元素、遷移金属元素などの合金組成からみた資源バランス、磁石粉体固有の磁気ポテンシャル、磁石モ−タとしての適合性などから、好ましい希土類磁石粉体は希土類−鉄系溶湯合金の急冷凝固、あるいはまた水素分解／再結晶（ＨＤＤＲ）処理したＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）系磁石粉体の１種または２種以上を挙げることができる。例えばＪ．Ｆ．Ｈｅｒｂｅｓｔ、“Ｒａｒｅ　Ｅａｒｔｈ−Ｉｒｏｎ−Ｂｏｒｏｎ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ；　Ａ　Ｎｅｗ　Ｅｒａ　ｉｎ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔｓ”Ａｎｎ．Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｖｏｌ−１６．（１９８６）に記載されているようなＮｄ：Ｆｅ：Ｂを２：１４：１に近い割合で含む溶湯合金を急冷凝固し、適宜熱処理により結晶粒径２０〜５０ｎｍのＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ相を析出させた残留磁化Ｊｒ≒８ｋＧ、固有保磁力ＨＣＪ≧８ｋＯｅ程度の磁気的に等方性の希土類磁石粉体。あるいはＲ．Ｎａｋａｙａｍａ、Ｔ．Ｔａｋｅｓｈｉｔａ　ｅｔ　ａｌ；Ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ　ｍａｇｎｅｔ　ｐｏｗｄｅｒ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７０（７）（１９９１）に記載されている水素分解／再結晶（ＨＤＤＲ）処理した、例えば合金組成Ｎｄ１２．３Ｄｙ０．３Ｆｅ６４．７Ｃｏ１２．３Ｂ６．０Ｇａ０．６Ｚｒ０．１のように、概ねＤｙ０．２５原子％以上で、残留磁化Ｊｒ≧１１．５ｋＧ、固有保磁力ＨＣＪ≧１４ｋＯｅの磁気的に異方性の磁石粉体となる。これらの磁石粉体の１種または２種以上を熱可塑性樹脂に高充填分散、配向、固定化した磁気的に異方性の樹脂ボンド磁石の最大エネルギ−積［ＢＨ］ｍａｘは１８ＭＧＯｅ以上となる。したがって、例えば、この樹脂ボンド磁石を回転子枠に環状形状にカ−リング実装した本発明の磁石モ−タは、特公平６−８７６３４号公報に開示された磁気的に等方性のＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）系磁石粉体と結合剤で構成した外径２５ｍｍ以下、密度５ｇ／ｃｍ３以上の環状樹脂ボンド磁石とした構成の環状磁石モ−タよりも空隙に１４０〜１５０％の強い静磁界を発生させることが可能となり、磁石モ−タの高出力化や低消費電流化が図れる。
【００２８】
なお、上記Ｒ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）系磁石粉体はカ−ボンファンクショナルシランなどの表面処理粉体であっても差し支えない。カ−ボンファンクショナルシランは下式で示される。
【００２９】
ＹＲＳｉＸ３
但し、上式中Ｙは加水分解基、Ｘは有機官能基、Ｒは脂肪族残基であり、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリエトキシシランなどが好ましく用いられる。この様な表面処理を行う理由は、熱可塑性樹脂中にＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）系磁石粉体をより確実に高充填分散、配向、接着固定化した樹脂ボンド磁石とするためである。カ−ボンファンクショナルシラン処理は加水分解基の分解を促進させるべく水を併用し、低級アルコ−ル類を溶媒として磁石粉体表面に単分子膜以上のカ−ボンファンクショナルシランを成膜することが好ましい。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により、更に詳しく説明する。但し、本発明は実施例に限定されるものではない。
【００３１】
（希土類磁石粉体について）
合金組成Ｎｄ１２Ｆｅ７７Ｃｏ５Ｂ６、の溶湯合金を急冷凝固し、結晶化した。この磁気的に等方性のＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）系磁石粉体Ａの２０℃における残留磁化Ｊｒは各々８．２ｋＧ、固有保磁力ＨＣＪは９．４ｋＯｅであった。一方、合金組成Ｎｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｇａ−Ｚｒ系、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｇａ−Ｚｒ系合金を水素分解／再結晶処理した磁気的に異方性のＲ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）系磁石粉体Ｂ１〜５の２０℃における残留磁化Ｊｒは１１．５〜１２．４ｋＧであった。
【００３２】
（樹脂ボンド磁石について）
上記、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ（ＲはＮｄ／Ｐｒ）系磁石粉体ＡおよびＢ１からＢ５のいずれかを窒素雰囲気中で１０５μｍ以下に粗粉砕し、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン（２ＨＮ−Ｃ３Ｈ６−Ｓｉ［ＯＣＨ３］３、を各磁石粉体１００重量部に対して０．２重量部添加して混合し、カ−ボンファンクショナルシラン処理した希土類磁石粉体とした。
【００３３】
次いで、上記希土類磁石粉体ＡまたはＢ１〜５と、４０ｍｅｓｈ以下に粉砕した熱可塑性ポリウレタンエラストマ−粉体（商品名：デスモパン８７９１（バイエル（株））、流動開始温度１８９℃）を各々９２：８（重量比）に計量し、ヘンシ
ェルミキサ−を用いて均質になるまで混合した。得られた混合粉体を１４５℃に加温してある金型に投入し、次いで溶剤としてシクロヘキサノンをその混合粉体に数滴滴下し、湿らせた。それから金型を閉じて１０００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧縮圧力で圧縮成形し、長さ７２ｍｍ、幅４．９ｍｍ、厚み０．６ｍｍのシート状成形体を得た。その成形体の密度は４．６ｇ／ｃｍ３であり、溶剤が成形体内部に残存していた。次に、１５０℃で３０分間成形体を乾燥させることで成形体内部の溶剤を揮発させた後、再び金型内で４０００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧縮圧力で再圧縮した。このようにして得られたシート状磁石の厚みは０．５ｍｍ、密度は５．２ｇ／ｃｍ３となり、理論密度の９８％を得ることができた。なお、異方性磁石粉体の場合は、溶剤を滴下して１０００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧縮圧力で圧縮成形する際に、１５ｋＯｅのアキシャル磁場で配向を行った。
【００３４】
また、比較のために、通常の混練押出し方法でシート状に押出した磁石を、切断するとともに再加熱しながら金型内で圧縮する方法でシート磁石も作成した。その作成方法は次のとおりである。まず、上記希土類磁石粉体ＡまたはＢ１〜５と、上記熱可塑性ポリウレタンエラストマ−粉体、ステアリン酸カルシウム粉体、ヒドラジン系酸化防止剤を、各々９２：８．９：０．０５：０．０５（重量比）に計量し、ヘンシェルミキサ−を用いて均質になるまで混合し、エクストル−ダで溶融混練（２１０〜２３０℃）し、２ｍｍｔの板状に押出成形して、希土類磁石粉体を含む熱可塑性ポリウレタンエラストマ−シ−トを得た。次に、板状シ−トを２２０℃に再加熱し、（異方性磁石粉体の場合は１５ｋＯｅのアキシャル磁場中で）圧縮成形型内で冷却固化し、長さ７２ｍｍ、幅４．９ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの最終形状のシート状樹脂ボンド磁石とした。
【００３５】
図２は、本発明の樹脂ボンド磁石の５０ｋＯｅパルス着磁後の２０℃における減磁曲線をフェライトゴム磁石と比較して示す。図のように、従来のフェライトゴム磁石の最大エネルギ−積［ＢＨ］ｍａｘは１．４ＭＧＯｅに過ぎないが、磁石粉体Ａを含む磁気的に等方性の可撓性磁石で７．７ＭＧＯｅ、異方性の磁石粉体Ｂ４で１８．５ＭＧＯｅであった。
【００３６】
次に、本発明の樹脂ボンド磁石および、上述した通常の混練押出し、切断、圧縮方法で作成した比較用シート磁石を内径２３ｍｍの回転子枠の内径に室温にて環状形状にカ−リング実装して図１の磁石モ−タとした。表１は、それ等の磁石モ−タを１２Ｖ駆動したときの起動トルク比（比較用シート磁石の希土類磁石粉体Ａの樹脂ボンド磁石をカ−リング実装した磁石モ−タの起動トルク２１．５７ｍＮ・ｍを基準とした）、および１００℃×１００ｈｒ大気中で加熱した後の起動トルクの低下率を示す。
【００３７】
さらに別の比較例として、Ａａは希土類磁石粉体Ａを室温で固体のエポキシ樹脂とともに圧縮成形したリング磁石を固定子枠に実装した比較例、また、Ｂ４ｂ１、Ｂ４ｂ２は希土類磁石粉体Ｂ４を室温で液体のエポキシ樹脂とともに１０ｋＯｅのラジアル磁場中で圧縮成形したリング磁石（空隙率はそれぞれ３．８ｖｏｌ％、８．１ｖｏｌ％）を回転子枠に実装した比較例を表２に示す。
【００３８】
【表１】
2004072005.tif 000003
【００３９】
【表２】
2004072005.tif 000004
【００４０】
エポキシ樹脂を用いた圧縮成形で作成した樹脂ボンド磁石を用いた場合
（表１）に示す本発明の樹脂ボンド磁石は、通常の混練押出し、切断、圧縮方法で作成した樹脂ボンド磁石に比べて、全体的に起動トルクが大きく、１００℃×１００ｈｒ大気中で加熱した後の起動トルクの低下率は小さくなっている。特に異方性磁石粉体であるＢ１〜５の場合、その中でもＢ１、Ｂ２の場合に顕著な効果が見られる。これは、本発明の製造方法では、成形時の加熱や磁石粉末の微細化による酸化劣化が抑制されていることを表している。
【００４１】
（表２）のＡａは、希土類磁石粉体Ａを室温で固体のエポキシ樹脂とともに圧縮成形した厚さ０．５ｍｍリング磁石で、圧縮の際の成形型壁面への圧力損失が大きく高密度成形が困難となり、その結果磁石モ−タのトルク低下を招く。しかし、本発明に掛かる磁石モ−タＡおよびＢ１〜５はＡａに比べて高トルク化している。とくに固有保磁力ＨＣＪ１４ｋＯｅ以上の異方性希土類磁石粉体Ｂ３〜５を使い、切断面がない樹脂ボンド磁石を実装した磁石モ−タは約１５０％の高トルク化とともに、従来磁石モ−タと同様の熱安定性を兼ね備え、励磁された電機子鉄心の磁気吸引力で希土類磁石粉体が脱落、飛散して回転雑音や回転障害を引起こすこともなかった。しかし、Ｂ４ｂ１、Ｂ４ｂ２のように、希土類磁石粉体Ｂ４を室温で液体のエポキシ樹脂とともに１０ｋＯｅのラジアル磁場中で圧縮成形したリング磁石（空隙率はそれぞれ３．８ｖｏｌ％、８．１ｖｏｌ％）を回転子枠に実装した磁石モ−タは、ラジアル磁場強度が低いので配向度が低く、本発明に掛かる磁石モ−タＢ４程トルクが高くなく、しかも、空隙率が高いために磁石粉体表面のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ相の酸化腐食によると推定される永久減磁によるトルクダウンが大きい。なお、本発明はアキシャル磁場なので強い配向磁界が得られるばかりでなく、ラジアル磁場配向の１個どり成形に比べて多数個同時成形もできる利点がある。また、高トルク化は、一般に磁石モ−タのコギングトルクを増大させるが、本発明に掛かる樹脂ボンド磁石は、例えば固定子面を異形化することで、電機子鉄心との空隙距離を調整することによりコギングトルクを増さずに高トルク化することもできる。
【００４２】
次に、熱可塑性樹脂を２種のポリアミド系エラストマー（商品名：ＰＡＥ１２０２Ｕ２（宇部興産（株）、融点１３７℃）、ＴＰＡＥ１２（富士化成工業（株）、軟化点１１４℃））のブレンド粉末に、溶剤をシクロヘキサンとイソプロピルアルコールの混合溶剤（重量比１：１）に変更して、同様なシート状磁石を作成した。なお、２種のポリアミド系エラストマーのブレンド割合は、ＰＡＥ１２０２Ｕ２：ＴＰＡＥ１２＝８：２とし、希土類磁石粉体と熱可塑性エラストマーの割合は９４：６とした。また、成形温度、乾燥温度、再圧縮温度は全て１００℃で、圧縮圧力は上記ポリウレタン系エラストマーの場合と同様の圧力で成形した。その結果、再圧縮前の密度は５．１ｇ／ｃｍ３で理論密度の９３％だが、再圧縮後の成形体密度は５．３５ｇ／ｃｍ３となり、理論密度の９８％に達した。このように磁石粉体の充填量を上げても十分なシート磁石が成形できた。なお、本シート磁石は室温で十分な可撓性を有し、内径２３ｍｍの回転子枠の内径に環状形状にカ−リング実装することが可能であった。
【００４３】
さらに、熱可塑性樹脂をポリアミド樹脂（商品名：ダイアミドＸ１９８８（ダイセルエグザ（株））、融点１８０℃）、あるいはポリアミド系エラストマー（商品名：パワータイト６０２（日本ペイント（株））、軟化点１５３℃）に変更して、同様なシート磁石を作成した。なお、溶剤はシクロヘキサンとイソプロピルアルコールの混合溶剤（重量比１：１）を用いて、希土類磁石粉体と樹脂の割合は９５：５とした。また、成形温度、乾燥温度、再圧縮温度はポリアミド樹脂の場合全て１５０℃で、ポリアミド系エラストマーの場合は全て１００℃で行った。また、圧縮圧力は上記ポリウレタン系エラストマーの場合と同様の圧力で成形した。その結果、再圧縮前の密度は５．０〜５．１ｇ／ｃｍ３だったが、再圧縮後の成形体密度は５．５〜５．６ｇ／ｃｍ３となった。なお、ポリアミド系エラストマーの場合、シート磁石は室温で十分な可撓性を有し、内径２３ｍｍの回転子枠の内径に環状形状にカ−リング実装することが可能であったが、ポリアミド樹脂の場合は、室温では硬く十分な可撓性が得られないため、回転子枠に実装する際は、１２０℃に加温した状態で回転子枠に組み込むことが可能なように塑性変形させて実装した。このように射出成形や押出し成形に比べて、磁石粉体充填量を大きくすることができた。また、室温では十分な可撓性が得られない場合でも、樹脂の融点以下での加温により塑性変形可能な状態になり、実装できた。一般に可撓性が大きく室温で容易に実装できる樹脂は融点が小さくなる傾向がある。そのため、より高い熱安定性などを求める場合には、融点の大きな樹脂を選択することが好ましい。但し、その場合、可撓性が小さくなることが多いため、実装時には上記のように加温して塑性変形させる方法が好ましい。
【００４４】
以上の実施例では、圧縮成形後、成形体内に残存している溶剤を揮発させるため、金型から取りだし、乾燥後、再圧縮する工程をおこなったが、最初の圧縮成形時に加圧・加温したまま金型内で溶剤を揮発させてもよい。その場合、乾燥工程と再圧縮工程は必要なくなるが、溶剤の種類によっては金型内で溶剤を揮発させるのに長時間を要する場合もあり、できれば金型から成形体を取り出して乾燥後、再圧縮する方が好ましい。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明は希土類磁石粉体を熱可塑性樹脂に高充填分散、配向、固定したもので、２０℃で１８ＭＧＯｅ以上の最大エネルギ−積と実用温度域での磁気安定性、信頼性やリサイクル性を兼ね備えた樹脂ボンド磁石の製造方法およびその樹脂ボンド磁石を実装した磁石モ−タである。したがって、電機子鉄心との空隙に強力な静磁界を発生させることができ、磁石モ−タの高出力化や低消費電流化に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁石モ−タの構成図
【図２】樹脂ボンド磁石の減磁曲線を示す特性図
【符号の説明】
１　基板
２　電機子鉄心
３　巻線
４　軸受
５　回転軸
６　回転子枠
７　磁石
【図１】
2004072005.tif 000005
【図２】
2004072005.tif 000006