(57)【要約】この発明のモータ用マグネットロータは、モータの使用温度である−４０℃〜１４０℃の範囲における接着剤の弾性率、せん断接着強度を所定の範囲内に定め、また接着剤の硬化収縮率を所定の範囲に定めることで、接着剤と永久磁石との界面での接着剥がれ、および永久磁石の割れを防止し、また所望の接着強度を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の磁性体からなるヨークの外周面に、複数個の永久磁石が接着剤により接着されたモータ用マグネットロータにおいて、
前記接着剤の温度が−４０℃のときには、前記接着剤の弾性率が１×１０８Ｐａ〜７×１０９Ｐａの範囲であり、１４０℃のときには、前記接着剤の弾性率が１×１０８Ｐａ〜２×１０９Ｐａの範囲であり、−４０℃〜１４０℃の範囲では、前記接着剤の弾性率が−４０℃における下限値である１×１０８Ｐａと１４０℃における下限値である１×１０８Ｐａとを結ぶ直線と、−４０℃における上限値である７×１０９Ｐａと１４０℃における上限値である２×１０９Ｐａとを結ぶ直線との間の領域内であり、
また、前記接着剤は、２３℃〜２５℃の温度で硬化したときの硬化収縮率が８％〜１５％であり、
また、前記接着剤の弾性率Ｅ（Ｐａ）が１×１０８Ｐａ〜７×１０９Ｐａの範囲において、前記接着剤のせん断接着強度τ（ＭＰａ）の値は、式（１）および式（２）との間であるモータ用マグネットロータ。
ｌｏｇτ＝０．４７７ｌｏｇＥ−２．８１６‥‥‥‥‥‥（１）
ｌｏｇτ＝０．４７７ｌｏｇＥ−３．３３９‥‥‥‥‥‥（２）
【請求項２】
前記接着剤は、前記１４０℃と前記−４０℃との中間温度である９０℃において、接着剤の内部応力がゼロまたはその近傍になるようになっている請求項１に記載のモータ用マグネットロータ。
【請求項３】
前記接着剤は、２液型変性アクリル系接着剤であり、両液ともにメタクリル酸を５重量％〜２５重量％含んでいる請求項１または請求項２に記載のモータ用マグネットロータ。
【請求項４】
エレベータ用巻上機のモータ用マグネットである請求項１ないし請求項３の何れかに記載のモータ用マグネットロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、例えばエレベータの巻上機に用いられるモータ用マグネットロータに関するものである。
【背景技術】  従来、磁性体である円筒形状のヨークの外周面に、１極当たり軸線方向に連結された複数個の永久磁石を加熱硬化型接着剤で固定し、この一連の永久磁石を周方向に所定の間隔をあけて配列して多極の磁極を構成したモータ用マグネットロータが知られている（例えば、特開平０７−７９５３７号公報参照）。
上記接着剤で構成されヨークと永久磁石との間にある接着層は、設置環境や運転時のモータの発熱によって、通常−４０℃〜＋１００℃程度の範囲内を温度変化し、また高速、大容量のモータでは、上限温度が＋１４０℃にも達する。なお、磁石の異方向性は、接着面と垂直な方向であり、異方向性と垂直な方向（ヨークの周面方向）は負の線膨張係数をとる。
上記マグネットロータでは、接着剤は、厳しい温度環境の下で弾性率が低下することで、せん断接着強度や引張り接着強度が低下し、接着剤の信頼性が低下するという問題点があった。
また、回転時のトルクや遠心力により接着層が微少な変形を起こし易くなり、モータの特性が不安定になるという問題点もあった。
また、永久磁石、接着層およびヨークそれぞれの線膨張係数は異なるため、温度変化によりそれぞれには熱応力が発生するが、接着層の弾性率が高くなると接着層における熱応力が大きくなり、接着層と永久磁石との界面での接着剥がれ、永久磁石の割れ等が生じるという問題点があった。
また、接着層の弾性率が高くなるとそれだけモータの外部からの耐衝撃性が低下してしまうという問題点もあった。
また、接着剤が硬化する時には液体から固体へと変化する過程で体積収縮が生じるが、接着剤が硬化収縮を起こすと永久磁石の接着面には圧縮方向の力が加わり、接着剤には引張り方向の力を永久磁石から受けることになり、硬化収縮応力は接着剤の弾性率が同じ場合には、硬化収縮率が大きいほど永久磁石の接着面には圧縮方向に大きな力が加わってしまう。また、接着剤が硬化した後には、モータの温度変化により接着剤も伸び縮みするため、温度の上昇に伴い永久磁石の接着面に加わっていた圧縮応力は減少して、やがては引張り力が永久磁石に対して作用し、温度が低下する場合には逆に永久磁石に対する圧縮力が増大する。そして、硬化収縮率が大き過ぎた場合には、モータの使用温度範囲において、引っ張り力あるいは圧縮力が大きくなり、接着層と永久磁石との界面での接着剥がれ、永久磁石の割れが生じるという問題点もあった。
【発明の開示】
この発明は、上記のような問題点を解決することを目的とするものであって、モータの使用温度である−４０℃〜１４０℃の範囲における接着剤の弾性率、せん断接着強度を所定の範囲内に定め、また接着剤の硬化収縮率を所定の範囲に定めることで、接着剤と永久磁石との界面での接着剥がれ、および永久磁石の割れを防止し、また所望の接着強度を得る。
この発明に係るモータ用マグネットロータは、接着剤の温度が−４０℃のときには、前記接着剤の弾性率が１×１０８Ｐａ〜７×１０９Ｐａの範囲であり、１４０℃のときには、前記接着剤の弾性率が１×１０８Ｐａ〜２×１０９Ｐａの範囲であり、−４０℃〜１４０℃の範囲では、前記接着剤の弾性率が−４０℃における下限値である１×１０８Ｐａと１４０℃における下限値である１×１０８Ｐａとを結ぶ直線と、−４０℃における上限値である７×１０９Ｐａと１４０℃における上限値である２×１０９Ｐａとを結ぶ直線との間の領域内であり、また前記接着剤は、２３℃〜２５℃の温度で硬化したときの硬化収縮率が８％〜１５％であり、また前記接着剤の弾性率Ｅ（Ｐａ）が１×１０８Ｐａ〜７×１０９Ｐａの範囲において、前記接着剤のせん断接着強度τ（ＭＰａ）の値は、式（１）および式（２）との間である。
ｌｏｇτ＝０．４７７ｌｏｇＥ−２．８１６‥‥‥‥‥‥（１）
ｌｏｇτ＝０．４７７ｌｏｇＥ−３．３３９‥‥‥‥‥‥（２）
【図面の簡単な説明】  図１はこの発明に係るモータ用マグネットロータの斜視図である。
図２は図１の接着層を構成する接着剤の温度−弾性率の関係を示す特性図である。
図３は図１の接着層を構成する接着剤の弾性率−せん断接着強度の関係を示す特性図である。
図４は図１の接着層を構成する接着剤の温度−内部応力の関係を示す特性図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明するが、実施の形態において同一部材、部位、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
図１はこの発明のモータ用マグネットロータの斜視図であり、このモータ用マグネットロータはエレベータの巻上機のモータに組み入れられているものである。
このモータ用マグネットロータは、円筒形状をした磁性体からなるヨーク１と、このヨーク１の外周面に軸線方向に、かつ周方向に所定の間隔をあけて配置された複数個の永久磁石２と、この永久磁石２をヨーク１に接着した室温硬化型接着剤で構成された接着層３とを備えている。この永久磁石２は、セグメント状のネオジウム焼結磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）である。
このモータ用マグネットロータにおける接着層３は、モータのトルクから−４０℃〜１４０℃の全温度域において、３ＭＰａ以上のせん断接着強度を必要とする。
本願発明者は接着層３を構成する室温硬化型接着剤について、ヒートサイクル試験等を行い、その特性を調べた。
以下、この発明の各実施例について説明する。
【実施例１】  この発明に係る接着剤は２液型変性アクリル系接着剤（以後、発明接着剤と呼ぶ。）であり、表１にその組成成分を示す。なお、この表１には示されていないが、硬化触媒として、Ａ剤にはクメンハイドロパーオキサイドを、Ｂ剤にはバナジルアセチルアセトネートを必要量添加した。
【表１】
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２液である、Ａ剤およびＢ剤の２液の配合比は１：１である。
セグメント状のネオジウム焼結磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）からなり、幅２２ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ６ｍｍの試験片を、厚さ３０ｍｍの鉄製のブロックに、その長手方向に１０個並べて配置し（全長５００ｍｍ）、発明接着剤を用いて室温（２３℃〜２５℃）の温度条件下で２４時間かけて硬化、接着させた。
その後、試験片をそれぞれ−４０℃の環境下で２時間放置した後、２時間かけて環境温度を１４０℃まで上昇させ、引き続き１４０℃の環境下で２時間放置した。その後、２時間かけて環境温度を１４０℃から再び−４０℃の温度まで降下させた。これを１サイクルとしてトータル３００サイクル行い、発明接着剤を用いた試験片について観察を行った。
このヒートサイクル試験では、試験片の割れ、接着層と試験片との界面での接着剥がれは生じなかった。
さらに、本願発明者は、上記発明接着剤について、温度と、その温度における弾性率との関係を測定した。図２は、そのときの特性図である。
この図から、モータの使用下限温度である−４０℃では、発明接着剤の弾性率Ｅは４×１０９Ｐａ、モータの使用上限温度である１４０℃では発明接着剤の弾性率Ｅは３．８×１０８Ｐａであり、温度の上昇とともに弾性率Ｅが低下することが分かった。また、この発明接着剤の２３℃〜２５℃での硬化収縮率は１３％であった。
さらにまた、本願発明者は、前記発明接着剤について、弾性率Ｅと、その弾性率Ｅにおけるせん断接着強度τとの関係を測定した。この測定に当たっては、発明接着剤を室温（２３℃〜２５℃）の温度条件下で２４時間かけて試験片をブロック上に接着させた。そして、アムスラー型万能試験機を用いてブロックに接着された試験片に荷重を加え、接着剤のせん断接着強度の測定を行った。
図３は、そのときの特性図である。この図３において、発明接着剤の弾性率Ｅの増大とともにせん断接着強度τは増大し、弾性率Ｅが１×１０８Ｐａ〜７×１０９Ｐａの範囲では、せん断接着強度τは、ｌｏｇτ＝０．４７７ｌｏｇＥ−２．８１６の関係式（図中式（１）の線）と、ｌｏｇτ＝０．４７７ｌｏｇＥ−３．３３９の関係式（図中式（２）の線）との間にあった。
ところで、モータのトルクから、−４０℃〜１４０℃の全温度域において、３ＭＰａ以上のせん断接着強度を必要とすることが分かっているので、せん断接着強度の下限値を示す、その温度域の上限値である１４０℃において、３ＭＰａ以上のせん断接着強度を確保する必要性がある。
この発明接着剤の場合、図２から分かるようにその温度の弾性率Ｅは３．８×１０８Ｐａであり、また図３からこの弾性率Ｅに相当するせん断接着強度は３ＭＰａ以上であるので、モータの使用温度範囲の全温度域（−４０℃〜１４０℃）において十分なせん接着強度が確保されていることが分かった。
このように、この発明接着剤を用いた場合、モータの使用温度域において、試験片の割れ、接着層と試験片との界面での接着剥がれは生じず、また使用に耐えるのに十分なせん断接着強度を確保していることが分かった。
【実施例２】  第１の接着剤として、接着剤の温度が−４０℃のときには、接着剤の弾性率が１×１０８Ｐａ〜７×１０９Ｐａの範囲、１４０℃のときには、接着剤の弾性率が１×１０８Ｐａ〜２×１０９Ｐａの範囲、−４０℃〜１４０℃の範囲では、前記接着剤の弾性率が−４０℃における下限値である１×１０８Ｐａと１４０℃における下限値である１×１０８Ｐａとを結ぶ直線と、−４０℃における上限値である７×１０９Ｐａと１４０℃における上限値である２×１０９Ｐａとを結ぶ直線との間の領域内になるように表１に示した発明接着剤成分のメタクリル酸の量を５％〜２５％の範囲で調整して接着剤を作製した。このときのこの第１の接着剤の２３℃〜２５℃での硬化収縮率は８％〜１５％の範囲であった。
第２の接着剤として、表１に示した発明接着剤成分のメタクリル酸の量を２５重量％以上にして、接着剤の弾性率Ｅが−４０℃で７×１０９Ｐａ以上でかつ１４０℃で２×１０９Ｐａ以上である接着剤を作製した。このときのこの第２の接着剤の２３℃〜２５℃での硬化収縮率は８％〜１５％の範囲であった。
第３の接着剤として、表１に示した発明接着剤成分のメタクリル酸の量を５重量％以下にして、接着剤の弾性率Ｅが−４０℃および１４０℃のときに１×１０８Ｐａ以下である接着剤を作製した。このときのこの第３の接着剤の２３℃〜２５℃での硬化収縮率は８％〜１５％の範囲であった。
そして、第１の接着剤ないし第３の接着剤に関して実施例１で述べたものと同一のヒータサイクル試験を行った。
また、第１の接着剤ないし第３の接着剤に関して、室温（２３℃〜２５℃）の温度条件下で２４時間かけて試験片をブロック上に硬化、接着させた後、１４０℃の雰囲気温度下で、アムスラー型万能試験機を用いてブロックに接着された試験片に荷重を加え、接着剤のせん断接着強度の測定を行った。
この結果、第１の接着剤については接着剤と永久磁石との界面での接着剥がれが生じず、永久磁石の割れも生じなかった。また、１４０℃雰囲気下でのせん断接着強度の測定では３ＭＰａ以上が確保されていた。
第２の接着剤については接着剤と永久磁石との界面での接着剥がれが生じてしまった。
第３の接着剤については接着剤と永久磁石との界面での接着剥がれが生じず、また永久磁石の割れも生じなかった。しかしながら、１４０℃雰囲気下でのせん断接着強度の測定では３ＭＰａを下回ってしまった。
上記実施例から、巻上機のモータのマグネットロータに第１の接着剤が用いることができるが、第２の接着剤および第３の接着剤については不適であることが分かった。
【実施例３】  第１の接着剤として、実施例２の第１の接着剤と同一の接着剤を用いた。
第２の接着剤として、接着剤の弾性率Ｅが−４０℃で４．０×１０９Ｐａ、１４０℃で１．３×１０９Ｐａであり、かつ２３℃での硬化収縮率が３％である接着剤（三井化学（株）製ＥＨ４５５）を用いた。
第３の接着剤として、弾性率Ｅが−４０℃のときに４×１０９Ｐａ、１４０℃のときに１．１×１０８であり、また表１に示した発明接着剤成分のメタクリル酸メチルの量を増量して、２３℃の硬化収縮率が１６％の接着剤を作製した。
そして、第１の接着剤ないし第３の接着剤に関して実施例１で述べたものと同一のヒータサイクル試験を行った。
この結果、第１の接着剤については実施例２で述べたように、接着剤と永久磁石との界面での接着剥がれが生じず、永久磁石の割れも生じなかった。
第２の接着剤については接着剤と永久磁石との界面での接着剥がれが生じた。この接着剤については、実施例１，２で用いた接着剤と比較して、硬化収縮率が小さく、図４に示す硬化収縮応力（図４中の矢印イ）は小さくなる、即ち図中の斜線は全体的に下方に移動する。このため、高温度において接着剤が膨張した際の接着剤に加わる圧縮応力は増大し、その結果、上記接着剥がれが生じたと考察される。
第３の接着剤については接着剤と永久磁石との界面での接着剥がれが生じた。この接着剤については、実施例１，２で用いた接着剤と比較して、硬化収縮率が大きく、図４に示す硬化収縮応力（図４中の矢印イ）は大きくなる、即ち図中の斜線は全体的に上方に移動する。このため、低温度において接着剤が収縮した際の接着剤に加わる引っ張り応力は増大し、その結果、上記接着剥がれが生じたと考察される。
一方、この実施例では、第１の接着剤については、２３℃の硬化収縮率が８％〜１５％の接着剤を用いており、このときには図４に示すように、使用温度の中間温度である９０℃で接着層に作用する応力がゼロの近傍にあることが考察される。即ち、図４において、接着剤の硬化収縮に伴い、矢印イに示すように、接着層には応力が生じ、その室温から温度が降下したときには、矢印ハに従って応力は上昇し、その室温から温度が上昇したときには、矢印ロに従って応力は減少し、使用温度の中間温度である９０℃で接着層に作用する応力がほぼゼロであったためと考察される。
なお、弾性率や線膨張係数が小さな接着剤の場合には硬化収縮率は大きい方が望ましく、弾性率や線膨張係数が大きな接着剤の場合には硬化収縮率は小さい方が望ましい。
なお、各実施例で示した２液型変性アクリル系接着剤の配合比については、一例として、Ａ剤、Ｂ剤の比率が１：１の場合について説明したが、２：１〜１：２の範囲で適用できる。
また、永久磁石については、ネオジウム焼結磁石について説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、例えばネオジウム・鉄・硼素系磁石、サマリウム・コバルト系磁石、フェライト系磁石でも適用できる。
また、この発明の接着剤は、エレベータの巻上機のモータに限定されるものではなく、エレベータの巻上機のモータと同様な使用環境であるモータにも適用できるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】  以上のように、この発明は、モータの使用温度が−４０℃〜１４０℃の範囲である、例えばエレベータの巻上機に、接着剥がれ、永久磁石割れが防止され、かつ十分な接着強度を有するモータ用マグネットロータとして利用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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