專利名稱：柔性磁鐵及使用其的馬達的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用了稀土系磁粉的柔性磁鐵和使用它的馬達的制造方法。
背景技術：
在個人電腦及其周邊設備和與IT有關的儀器等尖端裝置領域中大多利用小型馬達。伴隨著這些儀器的小型化和輕量化，對小型馬達的小型化、高輸出化和高效率化提出了進一步要求。在生產(chǎn)的小型馬達數(shù)目中大約70％是直流馬達。而且在一般的直流馬達中使用鐵淦氧橡膠磁鐵。在高性能直流馬達中，使用將由磁性各向同性的Nd-Fe-B系磁粉和環(huán)氧樹脂等堅硬的熱固性樹脂組成的組合物壓縮成形后制成的環(huán)狀粘結磁鐵。提高用粘結劑將磁粉結合的粘結磁鐵的性能，將有助于這種小型馬達的發(fā)展。


圖13是表示粘結磁鐵制造中已有技術組合情況的圖。磁粉有硬鐵淦氧系磁鐵、鋁鐵鎳鈷系磁鐵和稀土系磁鐵。而粘結劑有柔性樹脂(例如橡膠、熱塑性彈性體)、堅硬的熱塑性樹脂和堅硬的熱固性樹脂。成形加工方法有壓延成形法、擠壓成形法、注射成形法和壓縮成形法。而且用實線表示已有技術的組合情況。其中，作為在稀土系磁鐵情況下的粘結劑，已知有與柔性的樹脂、堅硬的熱塑性樹脂、堅硬的熱固性樹脂的組合。而且，作為成形加工方法，已知有與壓延法、擠壓成形法、注射成形法、壓縮成形法的組合。也就是說，稀土系磁鐵的組合，已知有粘結劑與成形法全部要素的組合。但是，當采用壓縮成形法與稀土系磁鐵組合的情況下，粘結劑例如僅限于與環(huán)氧樹脂之類堅硬的熱固性樹脂的組合。然而，作為本發(fā)明對象的輸出在數(shù)十瓦以下小型馬達用的柔性磁鐵，公開有以下實例。例如，在第2766746號公報和2528547號專利公報中公開了將由稀土系磁粉和柔性樹脂組成的磁鐵材料壓延而成的磁鐵。公開了利用這樣得到的片狀柔性磁鐵的永久磁鐵型馬達。但是這些磁鐵的最大能積(以下叫作MEP)卻低達50kJ/m3。此外，在特開平5-299221號公報中，公開了將由稀土類-鐵-氮系磁粉和柔性樹脂組成的混合物壓延而成的粘結磁鐵的制造方法。這種粘結磁鐵的MEP為42kJ/m3。而且特公平6-87634號公報公開了將磁各向同性的R-Fe-B(R表示Nd和Pr中至少一種元素)稀土系磁粉和堅硬的環(huán)氧樹脂壓縮成形的粘結磁鐵。而且還公開了將環(huán)狀粘結磁鐵多級磁化結構的永久磁鐵型馬達。此時MEP為77kJ/m3。為了得到比以上已有實例的磁鐵更加有效的小型馬達用粘結磁鐵，需要一種新穎的粘結劑體系和最佳的加工方法。而且該粘結劑體系所需的特性有，與磁粉的粘著力強，和容易提高密度。粘接力一旦降低，磁鐵就會部分崩解，就會產(chǎn)生磁粉發(fā)散脫落等重大缺陷。而且一旦密度降低，磁特性就不能提高。本發(fā)明將提供一種能解決上述課題，以高效率制造可靠性強的小型馬達用磁鐵的制造方法。此外，本發(fā)明還要提供一種使用這種磁鐵的永久磁鐵型馬達的制造方法。
發(fā)明的公開提供一種柔性磁鐵的制造方法，其中具有對由稀土系磁粉和柔性熱固性樹脂組合物組成的復合物進行壓縮成形的工序，然后將得到的生料片熱固化的工序，和壓延工序。
附圖的簡要說明圖1是本發(fā)明的柔性磁鐵的制造工序圖。
圖2是表示本發(fā)明的生料片密度與成形壓力之間關系的曲線圖。
圖3是表示本發(fā)明的柔性磁鐵的密度與磁粉添加量之間關系的曲線圖。
圖4A是表示本發(fā)明的生料片的固化溫度與柔性磁鐵的抗拉強度之間關系的曲線圖。
圖4B是表示本發(fā)明的生料片的固化時間與柔性磁鐵的抗拉強度之間關系的曲線圖。
圖5是表示壓延率、壓延的本發(fā)明柔性磁鐵在心軸上的卷繞性和壓延引起尺寸變化之間關系的曲線圖。
圖6是表示壓延率、本發(fā)明柔性磁鐵的伸長與抗拉強度之間關系的曲線圖。
圖7是表示本發(fā)明柔性磁鐵的磁粉添加量與壓延前后伸長之間關系的曲線圖。
圖8是表示本發(fā)明柔性磁鐵、已有的鐵淦氧粘結磁鐵、和已有稀土類粘結磁鐵的去磁曲線的圖。
圖9是表示本發(fā)明柔性磁鐵、已有的鐵淦氧粘結磁鐵、和已有稀土類粘結磁鐵的B-H曲線的圖。
圖10是表示本發(fā)明的由其他稀土類磁粉構成的柔性磁鐵的去磁曲線的圖。
圖11是表示本發(fā)明柔性磁鐵的初期不可逆去磁率的溫度依存性的特性圖。
圖12是表示搭載了本發(fā)明的柔性磁鐵的直流馬達的斷面圖。
圖13是表示粘結磁鐵制造中已有關鍵技術的示意圖。
發(fā)明的最佳實施方式本發(fā)明的粘結劑體系，優(yōu)選由室溫下是固體的環(huán)氧低聚物、室溫下具有粘著性的聚酰胺粉末、和粉末狀潛在性環(huán)氧固化劑組成。其中所述的本發(fā)明的聚酰胺粉末的粘著性，是添加了粘著劑、粘著賦予劑、增塑劑等而形成的。而且在壓縮成形之前的復合物狀態(tài)下，具有依靠其粘著力將稀土類磁粉和粘結劑固定的功能。本發(fā)明的聚酰胺粉末是指聚酰胺粉末和聚酰胺酰亞胺粉末中至少一種粉末。作為上述聚酰胺粉末的實例，可以使用尼龍6、尼龍66、尼龍610、尼龍11和尼龍12等。其中因為尼龍11和尼龍12與粘結劑或粘著性賦予劑的相容性優(yōu)良而優(yōu)選。作為聚酰胺酰亞胺粉末的實例，可以利用偏苯三酸衍生物與芳香族二胺的縮合產(chǎn)物。作為偏苯三酸衍生物的實例，可以舉出偏苯三酸酐、偏苯三酸酐一氯化物、1，4-二羧基-3-N，N-二甲基氨基甲?；?、1，4-二甲氧甲?；?3-苯氧甲酰基苯，1，4-二羧基-3-碳苯氧基(carbophenoxy)苯、以及由偏苯三酸與氨、二甲胺、三乙胺等形成的銨鹽等。其中優(yōu)選使用偏苯三酸酐、偏苯三酸酐一氯化物等。作為芳香族二胺，例如可以舉出2，2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、2，2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丁烷、1，1-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]環(huán)己烷、1，1-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]環(huán)戊烷、雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]砜、雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]醚和4，4’-羰基雙(對苯氧基)二苯胺等。其中優(yōu)選2，2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷。必要時也可以并用上述二胺的混合物。此外，可以并用已知的二胺，例如4，4’-二氨基二苯基醚、4，4’-二氨基二苯基甲烷、4，4’-二胺基二苯砜、間亞苯基二胺、哌嗪、六亞甲基二胺、1，7-庚二胺、四亞甲基二胺、對苯二甲基二胺、間苯二甲基二胺、3-甲基亞庚基二胺、1，3-雙(3-氨基丙基)四甲基二硅氧烷等?？梢允褂靡韵挛镔|作為本發(fā)明中使用的粘著劑、粘著賦予劑和樹脂。粘著劑和粘著賦予劑，可以從天然松脂(松香、木松香、松漿油松香等)、改性松脂(聚合松脂、加氫松脂、馬來酸化松脂等)、香豆酮—茚樹脂、萜烯系樹脂、石油樹脂和酚醛系樹脂等中選擇使用。而且樹脂還可以從乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物、乙烯丙烯酸乙酯共聚物、乙烯丙烯酸甲酯共聚物、分子量處于30,000以上的乙烯丙烯共聚物或乙烯丁烯共聚物、聚丁烯、石蠟等中選擇使用。這些物質可以單獨使用或者兩種以上并用。此外，粘著賦予劑在將復合物壓縮成形制造生料片時，能夠促進因聚酰胺粉末的熱軟化而產(chǎn)生的塑性變形，改善結合面間的濕潤性。因此是提高聚酰胺粉末或環(huán)氧低聚物的熱壓接性的物質。而且必要時還可以使用增塑劑。增塑劑能使含有粘著劑的聚酰胺粉末的粘度降低，提高柔性和濕潤性。具體講可以舉出二芐基甲苯類、對羥基苯甲酸酯、苯砜酰胺類等與聚酰胺粉末的相溶性較好的化合物。此外，從相溶性和增塑效率的觀點來看，更優(yōu)選使用具有以下結構的由縮水甘油基化合物與羧酸的加成生成物類。

上式中，R1、R2表示從脂肪族、脂環(huán)族和芳香族中選出的至少一種烴基。但是R1和R2中至少有一個表示芳香族烴基。上述加成生成物的實例，可以具體分成以下三類?？梢允褂?A)脂肪族縮水甘油醚或脂環(huán)族縮水甘油醚與芳香族羧酸的加成產(chǎn)物，(B)芳香族縮水甘油醚與脂肪族羧酸或脂環(huán)族羧酸的加成產(chǎn)物，(C)芳香族縮水甘油醚與芳香族羧酸的加成產(chǎn)物等。屬于上述各組的化合物可以如下制備。例如對于對應的縮水甘油醚而言，在催化劑存在下，一邊在60～120℃溫度下加熱攪拌，一邊在常壓或減壓下使預定的羧酸加成。作為催化劑可以使用叔胺、咪唑類、金屬酯類化合物、磷類化合物等?；烊肓嗽鏊軇┑木埘０贩勰┮沧兊镁哂姓持浴６覟榱耸瓜⊥料荡欧叟c結合劑的結合力牢固，最好用室溫下為固體的環(huán)氧低聚物覆蓋表面。而且將其平均覆膜厚度定為0.1微米以下。這對于防止磁各向異性的稀土類磁粉之間因二次凝聚使取向性降低的現(xiàn)象是很重要的。此外，在稀土類磁粉上包覆環(huán)氧低聚物的包覆方法是，首先將該環(huán)氧低聚物溶解在有機溶劑中，與稀土類磁粉進行濕法混合。然后將除去溶劑的該塊狀混合物粉碎。其中為了提高環(huán)氧低聚物的交聯(lián)密度，最好使用分子鏈內(nèi)具有環(huán)氧基的酚醛清漆型環(huán)氧樹脂。而且作為與所述的環(huán)氧低聚物交聯(lián)的的粉末環(huán)氧固化劑，可以使用從二氰基二酰胺及其衍生物、羧酸二酰肼、二氨基丁烯腈及其衍生物的酰肼中選出的至少一種物質。這些是一般難溶于有機溶劑中的高熔點化合物。粒子直徑優(yōu)選處于數(shù)微米～100微米以下范圍內(nèi)的。其中作為二氰基二酰胺衍生物，例如有鄰甲苯基雙胍、α-2，5-二甲基雙胍、α-ω-二苯基雙胍、5-羥基丁基-1-雙胍、苯基雙胍、α，ω-二甲基雙胍等。此外，作為羧酸二酰肼可以使用琥珀酸酰肼、己二酸酰肼、鄰苯二甲酸酰肼、4-羥基苯甲酸酰肼等。這些固化劑最好以干式混合方式添加在復合物中。其中為了防止復合物附著在成形用模具上最好實用潤滑劑。作為潤滑劑將使用從比成形模具的設定溫度更高的高熔點的高級脂肪酸、高級脂肪酸酰胺、金屬皂類中選出的至少一種物質。其添加量最好設定在0.2重量％以下，以干式混合方式添加在復合物中。所述的復合物中稀土類磁粉的含量優(yōu)選處于92～97重量％范圍內(nèi)，壓縮成形壓力優(yōu)選4噸/平方厘米以上。生料片的固化溫度設定在該環(huán)氧低聚物開始反應的溫度以上。最終壓延時，將壓延率設定為2％以上，卷繞臨界直徑設定在8毫米以下，或者將壓延率設定在10％以上，卷繞臨界直徑設定在2毫米以下。這樣設定的情況下，可以得到機械強度和磁特性的綜合性均優(yōu)良的柔性粘結磁鐵。其中，為了降低最終使用的高效小型馬達的齒槽轉矩，可以將生料片制成不等寬度的或者不等厚度的。另一方面，在壓延和擠壓成形加工時，制作這種不等寬度的和不等厚度的生料片是困難的。以下就本發(fā)明中使用的磁粉進行說明。作為磁各向同性的稀土類磁粉，可以舉出采用旋轉杯霧化法制備的Nd-Fe-B系球狀粉末、采用熔體紡絲法制備的Nd-Fe-B系片狀粉末、αFe/Nd-Fe-B系片狀粉末、Fe3B/Nd-Fe-B系片狀粉末、Sm-Fe-N系片狀粉末和αFe/Sm-Fe-N系片狀粉末等。其中，這些片狀粉末的粒徑與厚度之比最好處于4以下。接著作為磁各向異性的稀土類磁粉，可以使用利用熱鐓鍛加工法制備的Nd-Fe-B系塊狀粉末、利用HDDR(Hydrogenation-Disproportionation-Desorption-Recombination)法制備的磁各向異性的Nd-Fe-B系塊狀粉末等。也可以使用用事先將所述的粉末表面光解的Zn等惰性化處理的粉末等。另外，這些磁粉經(jīng)4MA/m脈沖磁化后在20℃下的頑磁力最好處于1.1MA/m以上。此外，作為磁各向異性的稀土類磁粉，可以舉出利用RD(還原擴散)法制備的磁各向異性的Sm-Fe-N系微粉和事先對上述粉末表面進行了惰性化處理的粉末。所述的粉末經(jīng)4MA/m脈沖磁化后在20℃下的頑磁力最好處于0.6MA/m以上。所述的稀土類磁粉既可以是單一體系，也可以是兩種以上的混合體系。但是混合的全部稀土類磁粉經(jīng)4MA/m脈沖磁化后在20℃下的頑磁力的平均值最好處于0.6MA/m以上。其中在最終壓延后，也可以在表面上設置熔融粘接(熱熔粘接)型自熔粘著層，以及用混合了穩(wěn)定化異氰酸酯的具有形成薄膜能力的一種或兩種以上聚合物形成的自熔粘著層。這樣一來，能夠提高在永久磁鐵型馬達上的安裝性。在定子或轉子上使用本發(fā)明的柔性磁鐵，能夠制造以下多種永久磁鐵型馬達在圓筒框架(支架)的內(nèi)周面上以卷曲、固定和多級磁化的環(huán)狀柔性磁鐵作為永久磁鐵的永久磁鐵型直流馬達；圓筒框架的內(nèi)周面上備有環(huán)狀柔性磁鐵、半徑方向空隙型轉子的永久磁鐵型馬達、和搭載了在圓筒框架的外周面上備有環(huán)狀柔性磁鐵的表面磁鐵型轉子的永久磁鐵型馬達。特別是搭載了經(jīng)4MA/m脈沖磁化后室溫下的MEP處于1.40kJ/m3以上的柔性磁鐵的永久磁鐵型馬達，有希望作為利用熔融紡絲法制備的Nd-Fe-B系片狀粉末與堅硬熱固性樹脂壓縮成形的組合方式制成的永久磁鐵型馬達的下一代替代產(chǎn)品使用。而且搭載了經(jīng)4MA/m脈沖磁化后室溫下MEP為40kJ/m3以上的柔性磁鐵的永久磁鐵型馬達，有希望作為使用鐵淦氧橡膠磁鐵的永久磁鐵型馬達的下一代替代產(chǎn)品使用。
實施方式1以下就本發(fā)明的一個實施方式作進一步詳細說明。但是本發(fā)明并不受實施方式的任何限制。其中馬達的附圖是模式圖，并不是在尺寸上準確表示各位置關系。以下用圖4說明柔性粘結磁鐵的制造工序。在本實施方式中使用3種稀土類磁鐵粉末。也就是說，首先利用HDDR法制備了磁各向異性的Nd-Fe-B系塊狀粉末(組成Nd12.3，Dy0.3，F(xiàn)e64.7，Co12.3，B6.0，Ga0.6，Zr0.1)。然后將此粉末叫作磁粉A。平均粒徑為55微米。其次利用旋轉杯噴霧法制備了Nd-Fe-B系球狀粉末(組成Nd13.3，F(xiàn)e62.5，B6.8，Ga0.3，Zr0.1)。以下將其稱為磁粉B。平均粒徑為80微米。第三步是利用熔體紡絲法制備了Nd-Fe-B系片狀粉末(組成Nd12，F(xiàn)e77，Co5，B6)。以下將其稱為磁粉C。平均粒徑為80微米。以下說明粘結劑體系。由室溫下是固體的酚醛清漆型環(huán)氧低聚物、粒徑為15微米以下的粉末狀潛在性環(huán)氧固化劑、含有粘結劑并事先冷凍粉碎至100微米以下的聚酰胺粉末、以及粒徑處于10微米以下的潤滑劑構成。其中粉末狀潛在性環(huán)氧固化劑的化學結構如下。
(NH2NHCOCH2CH2)2N(CH2)11CONH NH2將該環(huán)氧低聚物溶解在有機溶劑(丙酮)中，制成環(huán)氧樹脂溶液。然后用∑葉片型捏合機將固形分為0.5重量％的計算量樹脂溶液和磁粉進行濕法混合。并且在60～80℃下加熱被濕潤的混合物使溶劑蒸發(fā)。進而將干燥的塊狀混合物粉碎。若環(huán)氧樹脂對磁粉A的表面覆膜厚度約為0.1微米以下，則磁粉A的粒徑分布在包覆前后幾乎沒有變化。關于磁粉B和C也同樣沒有發(fā)現(xiàn)變化。而且固化后的強度，即使平均膜厚增加至0.2微米也幾乎沒有變化。接著向表面包覆了環(huán)氧低聚物的磁粉A中，分別添加3～7重量％的含有20％粘著劑的聚酰胺粉末、0.05重量％的固化劑、0.05重量％的潤滑劑(粒徑處于10微米以下的硬脂酸鈣)，室溫下在乳缽中干法混合。這樣得到了粉末狀復合物。這種復合物因潤滑劑而具有可以供入粉末成形機中的粉末流動性。而且粉末狀復合物在室溫下具有長時間良好的保存穩(wěn)定性。也可以使用任何一種粘著劑。
其中本發(fā)明中所述的室溫是指15～40℃范圍內(nèi)的溫度。然后將粉末狀復合物填充在粉末壓縮成形機的成形模具的內(nèi)腔中。但是僅將成形模具的上下沖頭和內(nèi)腔周邊加熱至70～80℃。被填充在內(nèi)腔中的粉末狀復合物，一邊施加1.4MA/m的軸向磁場，一邊用上下沖頭施壓。去磁后取出同時復合成形的柔性生料片。這種生料片雖然柔軟，但是在處理上沒有問題。接著將生料片在180℃下加熱固化20分鐘，得到粘結磁鐵。最后于60～80℃℃下利用旋轉的壓輥，制成壓延率為2～20％的柔性片狀粘結磁鐵。以同樣方式也能夠對磁粉B、磁粉C制造柔性片狀粘結磁鐵。但是就磁各向同性的磁粉B、磁粉C而言，在壓縮成形時不施加磁場。此外為了比較，還準備了兩種磁鐵作為小型馬達上廣泛使用的具有代表性的磁鐵的鐵淦氧系磁粉/柔性樹脂/壓延或擠壓成形組合方式制造的磁鐵(以下稱為已有的鐵淦氧磁鐵)，和磁粉C/環(huán)氧樹脂之類的堅硬的熱固性樹脂/壓縮成形組合方式制造的磁鐵(以下稱為已有的稀土類粘結磁鐵)。關于以上制備的磁鐵，評價了伸長和抗拉強度等力學性質、由去磁曲線求出的磁特性和不可逆去磁率等。此外，還利用柔性磁鐵在心軸上的卷繞性評價方法，評價了向小型直流馬達的安裝特性，以及作為馬達基本特性的轉矩常數(shù)。圖2是表示成形壓力與生料片密度之間關系的曲線圖。其中曲線A93表示磁粉A的添加量為93重量％的生料片。同樣，曲線B93、B97分別表示磁粉B含量為93重量％和97重量％時的生料片。曲線C93表示磁粉C添加量為93重量％的生料片。其中曲線A97由于曲線A93與曲線B93重合而難于區(qū)別。而且生料片的尺寸為寬6.1毫米、長65毫米、厚度1.1毫米，成形模具溫度為60～80℃。如圖所示，大約在400MPa壓力下密度幾乎飽和。在已有的稀土類磁鐵中為了得到相同的密度(大約5.8Mg/m3)，大約980MPa的壓力是必須的。本發(fā)明的柔性磁鐵可以在低壓下獲得同等程度的密度。其理由是由于聚酰胺粒子在60～80℃下因熱而變軟，在復合物的壓縮成形階段產(chǎn)生充分塑性變形造成的。由于成形壓力低，所以稀土類磁粉在壓縮成形時的破損減少。其結果，能夠降低因活性磁鐵表面露出而使磁特性劣化的現(xiàn)象。圖3是表示磁粉A、B、C的添加量與本發(fā)明的柔性粘結磁鐵的密度之間關系的曲線圖。其中，曲線A、曲線B和曲線C分別表示用磁粉A、磁粉B和磁粉C制造的粘結磁鐵。而且各磁鐵的尺寸均為寬6.1毫米、長65毫米、厚度1.1毫米。60～80℃下的壓縮成形壓力為490MPa，固化條件為180℃固化20分鐘。如圖2和圖3所示，形狀接近于球狀的磁粉A和磁粉B比片狀磁粉C的密度高，更容易填充。但是，無論那種形狀的稀土類磁粉都能用于本實施方式。此外還可以得到比迄今已知的任何橡膠磁鐵密度更高的柔性粘結磁鐵。圖4A是表示用磁粉A、B、C制造的生料片的加熱溫度與抗拉強度(相對值)之間關系的曲線圖。圖4B是表示用磁粉A、B、C制造的生料片的加熱時間與抗拉強度(相對值)之間關系的曲線圖。其中，圖中的曲線A、曲線B和曲線C分別表示用磁粉A、磁粉B和磁粉C制造的生料片。磁鐵的尺寸為寬6.1毫米、長65毫米、厚度1.1毫米。60～80℃下的壓縮成形壓力為490MPa。圖4A和圖4B的情況下，未使用固化劑。本實施方式的最佳固化溫度，如圖4A所示，無論磁粉A、B和C均約為180℃。而且本發(fā)明的柔性磁鐵的抗拉強度增加到生料片的2.5～4倍?？估瓘姸鹊脑黾赢敱患訜嶂?20℃以上時可以被觀察到。據(jù)認為這是因為粉末狀復合物中所含的環(huán)氧低聚物與聚酰胺粉末的活性氫之間產(chǎn)生固化反應的緣故。其中若考慮圖4B的加熱時間，則可以認為本實施例中的最佳固化條件為180℃下10～30分鐘。以下說明壓延粘結磁鐵的柔性控制。一般而言，在小型馬達上安裝柔性磁鐵時，是將磁鐵卷繞的方式安裝的。因此控制磁鐵的柔性是很重要的?？刂破淙嵝缘挠行侄问抢脡貉?。使用的上下軋輥直徑為90毫米，溫度為70℃。用能夠卷繞磁鐵的心軸的極限直徑評價了柔性。極限直徑越小柔性越好。而且還評價了因壓延引起的柔性磁鐵的尺寸變化。圖5是表示壓延率、柔性磁鐵在心軸上的卷繞性與尺寸變化之間關系的曲線圖。橫軸表示壓延率，左縱軸表示能夠卷繞的極限直徑和寬度，而且右縱軸表示磁鐵長度。其中圖中的曲線D表示卷繞性，曲線E表示磁鐵長度，曲線F表示磁鐵寬度。而且本實施例是用磁粉B(添加量95重量％)制備的柔性磁鐵。壓延溫度為70℃。延伸率由壓延前后磁鐵的厚度之比計算。磁鐵的尺寸為寬6.1毫米、長65毫米、厚度1.1毫米。正如圖中所表明的，這種磁鐵在心軸上的卷繞性，一旦壓延率處于2～10％范圍內(nèi)就能得到顯著改善。而且當壓延率處于2～10％范圍內(nèi)時，磁鐵的尺寸變化也極小。例如，能夠將厚度1.2毫米的磁鐵卷繞在直徑8毫米以下的心軸上。另一方面，壓延率一旦超過10％，在磁鐵壓延方向上的尺寸(長度)就會增加。因此若1.1毫米厚的磁鐵能用直徑2毫米的心軸卷繞，則能夠制造直徑4毫米以下的環(huán)狀磁鐵。圖6表示本發(fā)明涉及的柔性磁鐵的力學性質與壓延率之間關系的曲線圖。其中曲線G表示伸長，曲線H表示抗拉強度。而且本例是用磁粉B(添加量為95重量％)制造的磁鐵。壓延溫度為70℃，壓延率是用壓延前后磁鐵的厚度比計算的。此外磁鐵的尺寸為寬6.1毫米、長65毫米、厚度1.1毫米。正如圖中所表明的那樣，磁鐵的壓延方向上的伸長與壓延率大致成比例增加。而且磁鐵的抗拉強度與壓延率反比地減小。從伸長與抗拉強度的觀點來看，最好將壓延率設定在5～10％。這樣能夠將環(huán)狀形成的這些磁鐵以馬達用磁鐵的形式實際使用。圖7是表示本發(fā)明涉及的柔性磁鐵的稀土類磁粉的添加量與壓延前后的伸長之間關系的曲線圖。其中曲線J表示在10％壓延率下壓延后的伸長，曲線I表示壓延之前的伸長。而且本例是用磁粉A(添加量為93～95重量％)制備的柔性磁鐵的情況。壓延溫度為70℃。壓延率是用壓延前后磁鐵的厚度比計算的。磁鐵的尺寸為寬6.1毫米、長65毫米、厚度1.1毫米。如圖所示，稀土類磁粉的添加量一旦超過97重量％，磁鐵的伸長就會減小。但是利用壓延能夠獲得柔軟性。其結果，例如將厚度1.1毫米的磁鐵卷繞在直徑10毫米的心軸上將成為可能。眾所周知，97重量％稀土類磁粉的填充量，與已有的稀土類粘結磁鐵的相等。本發(fā)明具有的特征是相同的密度可以在更低的壓縮成形壓力下獲得。此外，本發(fā)明涉及的柔性磁鐵在室溫下的伸長和抗拉強度，與一般小型馬達上使用的已有鐵淦氧磁鐵具有幾乎相同的水準。圖8和圖9，是分別表示用磁粉A和B制造的本發(fā)明的柔性粘結磁鐵、已有的鐵淦氧粘結磁鐵、已有的稀土類粘結磁鐵等四種磁鐵的去磁曲線、和B-H曲線。磁鐵的尺寸為寬7.5毫米、長7.5毫米、厚1.1毫米。曲線A和曲線B，表示分別用磁粉A和B制造的本發(fā)明的柔性磁鐵，曲線C表示已有的稀土類粘結磁鐵、曲線D表示已有的鐵淦氧粘結磁鐵四種磁鐵。全部測定均是在4MA/m的脈沖磁場下磁化后進行的。其中對照用的磁鐵，是小型直流馬達和小型無電刷馬達中通常使用的磁鐵。如圖所示，與已有的磁鐵C、D相比，本發(fā)明涉及的柔性磁鐵A、B，顯然能夠提高馬達轉子鐵芯與定子磁鐵之間的空隙磁通密度。具體講，如圖14所示，用本發(fā)明涉及的磁粉A制備的柔性磁鐵(密度5.84Mg/m3)的MEP為140kJ/m3。另一方面，已有稀土類粘結磁鐵的MEP為80kJ/m3，所以MEP增加至1.75倍。而且用本發(fā)明涉及的磁粉B制備的柔性磁鐵(密度5.45Mg/m3)的MEP也可以得到140kJ/m3，與已有的鐵淦氧磁鐵相比高三倍以上。因此，一旦作為直徑10毫米以下的環(huán)狀磁鐵使用，能使小型馬達高效化。圖10是表示用本發(fā)明涉及的磁粉C制備的柔性磁鐵的去磁曲線。其中曲線C1和曲線C2分別表示密度為5.4Mg/m3的磁鐵和密度為5.96Mg/m3的磁鐵。由于使用相同的磁粉C，所以頑磁力約為690kA/m。但是由于密度不同，所以MEP分別為66kJ/m3和約80kJ/m3。此數(shù)值80kJ/m3，與已有的稀土類磁鐵的MEP相同。本發(fā)明的粘結磁鐵既是柔性磁鐵，也可以如圖2、3所示制成高密度，所以磁特性優(yōu)良。而且制造方法也可使用已有的成形加工設備。此外，本發(fā)明的柔性磁鐵可以彎曲或壓薄，能夠在小功率的馬達上安裝的范圍廣泛。而且由于能夠克服被堅硬磁鐵纏住破損等問題，所以可靠性也高。圖11是表示本發(fā)明的柔性磁鐵初期不可逆去磁率的溫度依存性的曲線圖。曲線A、曲線B和曲線C，表示分別用本發(fā)明的磁粉A、磁粉B和磁粉C制造的柔性粘結磁鐵。其中幾乎是尖端器件儀器的動作中，被搭載在馬達上的磁鐵溫度處于100℃以下。因此如圖所示，本發(fā)明涉及的柔性磁鐵，若磁鐵溫度低于110℃的使用環(huán)境，則初期不可逆去磁率小。其中為了確保這種磁性的穩(wěn)定性，最好當使稀土類磁粉在室溫下以4MA/m的脈沖磁化后的頑磁力處于600kA/m以上。其中采用磁粉A制備的磁各向異性的柔性磁鐵的情況下，頑磁力的溫度系數(shù)為-0.5％/℃左右，比一般稀土類磁粉的-0.4％/℃大，這種分磁粉A具有這種磁性各向異性的情況下，室溫下以4MA/m的脈沖磁化后的頑磁力最好處于1.1MA/m以上。其中，采用磁粉A這樣的各向異性的稀土類磁粉制備本發(fā)明涉及的柔性磁鐵，像各向異性的堅硬的環(huán)氧粘結磁鐵那樣，有可能存在長期的磁通損失的問題。
已有的堅硬的環(huán)氧粘結磁鐵，是以980MPa左右高的壓縮壓力將磁粉A之類的磁各向異性的稀土類磁粉成形的磁鐵。與之相比，本發(fā)明由于能夠以其40％左右這樣低的壓縮壓力制成柔性的粘結磁鐵，所以磁粉A的破壞以及伴隨其產(chǎn)生的新生面少。因而在100℃以下的運轉溫度區(qū)域內(nèi)，采用磁粉A制備的柔性粘結磁鐵的長期磁通損失可以得到進一步減低。綜上所述，本發(fā)明的粘結磁鐵，具有形成環(huán)狀磁鐵所需的優(yōu)良卷繞特性和磁特性。圖12是搭載了本發(fā)明柔性粘結磁鐵的小型直流馬達的斷面圖。由軸30、軸承32、框架34、轉子42、定子(磁鐵)50、槽40、齒41構成。將柔性磁鐵50制成環(huán)狀，盤卷在鐵框架34內(nèi)，磁化后制成永久磁鐵磁場。然后插入轉子42制成馬達。其中這種馬達的直徑為24毫米，高度為12.5毫米。下表中表示安裝了采用上述磁粉A、磁粉B制造的本發(fā)明柔性磁鐵、已有的稀土類粘結磁鐵、已有的鐵淦氧粘結磁鐵等的四種小型直流馬達的轉矩常數(shù)。轉矩常數(shù)是輸出的基礎。以鐵淦氧粘結磁鐵磁場的直流馬達作為標準，規(guī)格化后加以表示。以磁粉A制造的柔性磁鐵形成磁場的馬達，與采用已有稀土類粘結磁鐵制成的馬達相比，轉矩常數(shù)達到1.49倍，而且其轉矩常數(shù)是以已有鐵淦氧粘結磁鐵形成磁場的馬達的3.12倍。此外，以磁粉B制造的磁鐵形成磁場的馬達，得到的轉矩常數(shù)值是以已有鐵淦氧粘結磁鐵形成磁場的馬達的1.78倍。

其中，在直流馬達的情況下，轉子鐵芯與定子磁鐵之間的空隙磁通密度一旦增加，往往使齒槽轉矩加大。這里所述的齒槽轉矩是指，在與定子相對的轉子的外周表面上由于存在轉子鐵芯齒41和槽40，所以磁導率將隨著轉子的旋轉而發(fā)生變化。其結果產(chǎn)生轉矩脈動。而且，往往成為馬達的振動和噪音增加的要因，或者變成有損于位置控制精度的原因。但是本發(fā)明涉及的柔性磁鐵，由于馬達的齒槽轉矩降低，所以能夠容易使生料片形成不等寬度或不等厚度。其結果轉子鐵芯與定子之間的空隙更接近于正弦波形，可以提供一種抑制齒槽轉矩增大用的手段。這一點在采用壓延和擠壓成形等已有的柔性片狀磁鐵的成形加工方法中并不能得到合理的對應。但是本發(fā)明由于采用通常將粉末狀復合物壓縮成形為厚度0.5～2.0毫米左右的生料片，所以可以按照馬達的設計思想采用柔軟的對應的形狀。
實施方式2本實施方式中，將含有軟磁粉的生料片與含有稀土類磁粉的生料片一體成形。然后固化、進而壓延制成軟磁性材料復合柔性磁鐵。這種軟磁性材料復合柔性磁鐵由于不用粘接層與軟磁性層一體成形為磁鐵，所以能夠形成效率高的磁路。具體講，代替實施方式1中的稀土類磁粉，制備了含有從飽和磁化1.3T以上的Fe、Fe-Ni、Fe-Co、Fe-Si、Fe-N、Fe-B中選出的至少一種軟磁粉的復合物。進而制成生料片后，將其裝填在成形模具內(nèi)腔中。然后將實施方式1的粉末狀復合物填充在內(nèi)腔中壓縮成形。這樣可以得到具有不同功能的生料片復合體。將這種復合體固化、壓延，可以得到帶有背部支架(back yoke)的柔性磁鐵。作為其他應用，首先僅將一部分粘合劑成分壓縮，然后將實施方式1的粉末狀復合物填充在內(nèi)腔中壓縮成形。這樣可以得到具有熱熔粘著性的柔性磁鐵。此外，例如在雙酚A型環(huán)氧樹脂之類能形成薄膜的的聚合物中混合穩(wěn)定化異氰酸酯，在柔性磁鐵表面事先形成一種或兩種以上自熔粘著層。采用這種方式也能用于磁鐵端部與其他部件之間的結合。本發(fā)明的柔性粘結磁鐵，可以解決以徑向磁場取向制造的磁鐵，其取向性隨著小直徑化而降低，即磁特性降低的問題。綜上所述，本發(fā)明可以提供一種沿著半徑方向MEP達到140kJ/m3的高性能環(huán)狀磁鐵而不受其直徑的影響。而且從制造過程來看具有高的生產(chǎn)性。此外也能適用于任何稀土類磁粉。例如使用磁各向同性的稀土類磁粉，還可以經(jīng)濟地制成MEP達到40kJ/m3左右的磁鐵，而且還能改善使用鐵淦氧磁鐵的效率低的小型馬達的效率。本發(fā)明不需要已有的成形加工方法(壓延、擠壓成形)等所需的那種超過200℃的成形加工溫度，生產(chǎn)性好。因此，本發(fā)明能夠對尖端器件儀器的小型化、降低電力消耗和節(jié)省資源作出貢獻。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的柔性粘結磁鐵的制造方法，并不限于使用的磁粉。而且采用這種磁鐵的馬達，可以提供一種效率超過采用已有鐵淦氧和稀土類磁粉等粘結磁鐵的馬達的馬達。
附圖參照符號一覽表30…軸32…軸承34…框架40…槽41…齒42…轉子50…定子(磁鐵)
權利要求
1.一種柔性磁鐵的制造方法，其中具有對由稀土系磁粉和柔性熱固性樹脂組合物組成的復合物壓縮成形的工序；然后將得到的生料片熱固化的工序；和壓延工序。
2.按照權利要求1所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的柔性熱固性樹脂組合物具有室溫下固體的環(huán)氧低聚物，和室溫下賦予粘著性的熱壓接性聚酰胺粉末。
3.按照權利要求2所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的柔性熱固性樹脂組合物至少有一種以上粘著劑。
4.按照權利要求2所述的柔性磁鐵的制造方法，其中還有粉末狀潛在性環(huán)氧固化劑和潤滑劑中至少一種物質。
5.按照權利要求2所述的柔性磁鐵的制造方法，其中具有事先用所述的環(huán)氧低聚物將所述的稀土系磁粉表面包覆的工序。
6.按照權利要求2所述的柔性磁鐵的制造方法，其中具有將所述的環(huán)氧低聚物溶解在溶劑中與所述的稀土系磁粉濕法混合的工序，進而除去溶劑后粉碎的工序。
7.按照權利要求2所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的環(huán)氧低聚物是酚醛清漆型環(huán)氧樹脂。
8.按照權利要求2所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的柔性熱固性樹脂組合物具有縮水甘油基化合物與羧酸的加成生成物。
9.按照權利要求4所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的粉末狀潛在性環(huán)氧固化劑是二酰肼系化合物。
10.按照權利要求4所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的潤滑劑是從比成形模具熔點高的高級脂肪酸、高級脂肪酸酰胺和金屬皂類中選出的至少一種物質。
11.按照權利要求1所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的稀土系磁粉的含量處于92重量％～97重量％范圍內(nèi)。
12.按照權利要求1所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的壓延工序，使壓延率處于2％以上，卷繞臨界直徑處于8毫米以下。
13.按照權利要求1所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的壓延工序，使壓延率處于10％以上，卷繞臨界直徑處于2毫米以下。
14.按照權利要求1所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的生料片至少是不等寬和不等厚中的任意一個。
15.一種不同材料復合而成的柔性鐵的制造方法，其特征在于具有將含有從飽和磁化處于1.3T以上的Fe、Fe-Ni、Fe-Co、Fe-Si、Fe-N和Fe-B中選出的至少一種軟磁粉的生料片，和含有稀土系磁粉的生料片一體化成形的工序；熱固化工序；和壓延工序。
16.按照權利要求1所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的稀土系磁粉，是利用旋轉杯霧化法制備的、具有磁各向同性的Nd-Fe-B系球狀粉末。
17.按照權利要求1所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的稀土系磁粉是用熔體紡絲法制備的、磁各向同性的Nd-Fe-B系片狀粉末。
18.按照權利要求1所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的稀土系磁粉是由熔體紡絲法制備的、磁各向同性的αFe/Nd-Fe-B系、Fe3B/Nd-Fe-B系、Sm-Fe-N系和αFe/Sm-Fe-N系中選出的至少一種片狀粉末。
19.按照權利要求1所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的稀土系磁粉是磁各向異性的Nd-Fe-B系塊狀粉末，是利用熱鐓鍛加工法和HDDR法中至少一種方法制造的磁粉。
20.按照權利要求19所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的稀土系磁粉經(jīng)4MA/m脈沖磁化后20℃下的頑磁力處于1.1MA/m以上。
21.按照權利要求1所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的稀土系磁粉是用RD(還原擴散)法制備的、磁各向異性的Sm-Fe-N系微粉。
22.按照權利要求21所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的磁各向異性的Sm-Fe-N系微粉，經(jīng)4MA/m脈沖磁化后20℃下的頑磁力處于0.6MA/m以上。
23.按照權利要求1所述的柔性磁鐵的制造方法，其中在所述的壓延工序之后，具有在表面上設置自熔粘著層的工序。
24.按照權利要求23所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的自熔粘著層是熔融粘接型的。
25.按照權利要求23所述的柔性磁鐵的制造方法，其中所述的自熔粘著層至少具有一種能形成混合了穩(wěn)定化異氰酸酯的薄膜的聚合物。
26.一種永久磁鐵型馬達，其中至少定子和轉子之一具有權利要求1所述的柔性磁鐵。
27.一種永久磁鐵型馬達的制造方法，其中具有利用權利要求23所述的自熔粘著層，將所述的柔性磁鐵與相對材料粘合的工序。
28.一種永久磁鐵型馬達的制造方法，其中具有利用權利要求23所述的自熔粘著層，將卷成環(huán)狀的所述的柔性磁鐵兩端粘合的工序。
全文摘要
提供一種柔性磁鐵和使用它們的小型、高性能馬達的制造方法。柔性磁鐵可以采用對由具有熱固性樹脂和熱塑性樹脂等的新型柔性熱固性樹脂組合物和磁粉組成的復合物壓縮成形的工序，將得到的生料片熱固化的工序和壓延工序加以制造。
文檔編號H02K23/04GK1613126SQ0380202
公開日2005年5月4日 申請日期2003年4月24日 優(yōu)先權日2002年4月25日
發(fā)明者山下文敏 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社