JPS6311050A - 永久磁石型モ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はコンピュータ周辺機、プリンタなどの制御用駆
動用として幅広く使用され、小型軽量化を中心に技術革
新が活発な、所謂永久磁石回転子型、或は永久磁石界磁
型のパルスモータや直流モータなどに関する。更に詳し
くは、少なくとも２極以上多極着磁せしめた小形の永久
磁石モータの、筒状磁石に関するものである。

従来の技術 永久磁石モータに用いられる希土類コバルト焼結磁石は
、筒状に形成し、該形状の半径方向に磁気異方化させる
ことが極めて難しい。その主な理由は焼結過程において
異方性に基づく膨張率の差が生じるためであり、該膨張
率の差は磁気異方化の程度や形状にも影響されるが一般
には等方性にて筒状に対応するほかない。このため本来
ならば最大エネルギー積で２０〜３０ＭＧＯｅ発現する
磁気性能も筒状半径方向では５ＭＧＯｅ程度に低下する
。更に高度な寸法精度を要求する永久磁石モータに搭載
するには焼結後に研削加工が必要で歩留まりが悪く、Ｓ
ｍやＣｏを主成分とすることも加えると経済性において
性能とのバランスに乏しい。また焼結晶は一般に機械的
に脆弱であるため、その一部が永久磁石型モータのロー
タとステータとの空隙や摺動部位に飛散、移着してモー
タとしての機能維持や信頼性の確保に重大な影響を及ぼ
ず恐れがある。

一方、希土類コバルト樹脂磁石の場合にはマトリクスで
ある樹脂が半径方向へ磁気異方化された希土類コバルト
の膨張率の差を吸収できるため、半径方向へ磁気異方化
した筒状磁石が得られる。

近年、射出成形タイプの希土類コバルト樹脂磁石をアキ
シャル方向へ磁気異方化すれば最大エネルギー積８〜１
０ＭＧＯｅ程度のものが容易に得られることが知られて
いる。しかも、焼結晶に比べて密度が概ね３０％程度軽
減され、且つ高度な寸法精度が確保でき、更に機械的脆
弱さも改善されるものである。

以上の理由によって半径方向へ磁気異方化した希土類コ
バルト樹脂磁石は、永久磁石型モータの磁石としては希
土類コバルト焼結磁石に比べてより好ましいものである
ことが明白である。

上記、希土類コバルト樹脂磁石の半径方向への磁気異方
化手段に関する従来技術を説明する。

樹脂磁石成形キャビティの半径方向への磁界発生手段と
しては、例えば特開昭５７−１７０５０１号公報に記載
されているようにキャビティの外周に磁化コイルを配置
した金型を用いるか或はキャビティの外周に磁化コイル
を埋設した金型を用いる必要がある。かかる方法はキャ
ビティ内に所定の強さの磁界を発生させるため高電圧大
電流型の電源を用い、且つ起磁力を大とすることが行わ
れている。

発明が解決しようとする問題点 しかし、金型の外周からヨークにより磁化コイルで励磁
した磁束をキャビティ内へ有効に集束させるため、磁路
長を長くせざるを得す、特に小型の永久磁石モータの円
筒型磁石の場合には、起磁力のかなりの部分が漏洩磁束
として消費されてしまうため、半径方向へ十分な磁気異
方化を施すことが困難な場合があった。

即ち、上記のような高度な寸法精度、並びに機械的に脆
弱でない希土類コバルト樹脂磁石を半径方向へ磁気異方
化することによって得られる永久磁石型モータの小形化
と高性能化には相反する矛盾があった。

本発明は上記多極着磁して使用する筒状樹脂磁石を搭載
する永久磁石型モータを、より一層の小形化・高性能化
へ対応可能ならしめることを目的としたものである。

問題点を解決するための手段 本発明は永久磁石モータの、円筒型磁石磁極部を構成す
る板状Ｆｅ−Ｂ−Ｒ（ＲはＮｄまたは／およびＰｒ）粒
子を磁気的手段で整列したまま樹脂組成物で固定化する
ものである。

作用 先ず、本発明で言う永久磁石型モータとは、当該モータ
の設計思想に基づき、その構造が決定されるもので、所
謂永久磁石回転子型、或は永久磁石界磁型のいずれであ
っても差し支えない。具体的にはパルスモータや各種直
流モータが例示される。しかし、それ等の永久磁石モー
タの磁石としては多極着磁、即ち少なくとも複数の磁極
を有する筒状の磁石である。但し、本発明で言う筒状と
はリング状、円筒状、円柱状のもの全てが包含できるも
のであり、更に磁極部分と非磁極部分とが必ずしも一様
な形状、或は均質な形状でなくとも差し支えない。

次に、本発明で言う板状Ｆｅ−Ｂ−Ｒ（ＲはＮｄまたは
／およびＰｒ）粒子とは基本式Ｎ　ｄ　＋　−ｘ（Ｆｅ
ｌ−ｙ、Ｂｙ）ｘで表される組成を有するものである。

（但し０．５≦Ｘ≦０．９，０．０５≦Ｙ≦０．１０）
具体的にはｌ’Ｊｄｏ、８７　（）’ｅｏ、ｓ３．　Ｂ
Ｏ，０７）　０．８７で基本式が例示される溶融合金を
Ａｒ雰囲気中にてオリフィス並びにロールを介して急冷
リボン片としたものを適宜粉砕して得る肉厚約１０μｍ
１長手方向数士ないし数百μｍの板状粒子を言う。この
板状粒子は、例えばＯｒｔｈｏｈｏｍｂｉｃ系並びにＴ
ｅｔｒａｇｏｎａｌ系Ｆｅ５Ｂ中に極めて微細なＦｅ−
Ｂ−Ｒ３元系磁石相が点在するミクロ構造をもつと考え
られ、磁気的には等方性のものである。尚、このような
板状粒子は、該粒子表面に例えばカーボンファンクショ
ナルシランの如き単分子膜以上の皮膜形成したものであ
ることが望ましい。カーボンファンクショナルシランと
してはγ−グリシドキシプロビルトリエトキシシラン、
γ−アミノプロビルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミ
ノエチル〉−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、
β＋　３．４エポキシ）エチルトリメトキシシラン、γ
−メタカプトプロピルトリメトキシシランなどが例示で
きるが、その他の有機化合物、例えば有機チタネート化
合物などでも適宜使用できる。

上記、板状Ｆｅ−Ｂ−Ｒ粒子を磁気的に整列させる手段
としては成形キャビティの磁界発生手段として既知の方
法を適宜用いることができる。例えば永久磁石モータの
該磁石の磁極部位に拘らず、永久磁石の全てにわたって
板状Ｆｅ−Ｂ−Ｒ粒子を均質に整列させる磁界発生手段
としては成形キャビティを取り囲んで磁性体ヨークと非
磁性体ヨークとを交互に組み合わせ、且つ外側に磁化コ
イルを配置した金型を用いるか、或はキャビティの外周
に磁化コイルを埋設した金型を用いる方法が例示できる
。かかる方法はキャビティ内に所定の磁界の強さを発生
させるため、高電圧大電流型の電源を用いるものである
。一方、板状Ｆｅ−Ｂ−Ｒ粒子を永久磁石型モータの該
永久磁石の磁極部位のみ磁気的に整列させる場合、成形
キャビティ磁界発生手段としては、キャビティ周囲の所
定の位置に相応する磁極部を有する整列ヨークを設置し
、該ヨーク内に導線を設けてなる金型を使用する方法が
例示できる。かかる方式は配向ヨーク内に設置した導線
に通電して励磁する。従って商用周波数交流電源を入力
してオールサイリスク全波位相制御方式によりパルス電
流を発生せしめる瞬間直流電源、もしくは所定の直流電
圧に昇圧整流し、コンデンサ群に充電後サイリスクを経
て放電を行う瞬間直流電源を使用してパルス磁界を発生
するものである。しかし本発明は上記代表的な磁界発生
手段に拘束されるものではない。

次に本発明で言う板状Ｆｅ−Ｂ−Ｒ粒子を固定化する樹
脂組成物とは熱可塑性樹脂から熱硬化性樹脂に至る全て
の高分子化合物が包含される。更に加工助剤、板状Ｆｅ
−Ｂ−Ｒ粒子の磁気的整列を促進させる（減粘〉可塑剤
、熱安定性を付与するための酸化防止剤等既知の各種添
加剤を必要に応じて適宜添加することができる。

上記樹脂組成物の選択や、その配合或はまた板状Ｆｅ−
Ｂ−Ｒ粒子を磁気的に整列するための磁界発生手段など
は本発明に係る永久磁石モータの特性並びに信頼性を確
保する範囲で適宜個別に決定されるものである。

実施例 以下、本発明の実施例を比較例と共に説明する。

但し、以下に示す実施例によって本発明が限定されるも
のではない。

（永久磁石素材の製造） Ａｒ雰囲気中の高周波溶解炉で溶融してなる原子組成Ｎ
　ｄｏ、＋３（１；’　６ｏ、ｓ３．８０．０７）　０
．８７の合金をオリフィスを介してロール間隙に連続滴
下することにより急冷リボン片とし、該急冷リボン片を
適宜破砕することで第１図に示すような厚さ約１０μｍ
１長手方向数十から数百μｍに至る板状Ｆｅ−Ｂ−Ｒ粒
子を得た。

上記板状Ｆｅ−Ｂ−Ｒ粒子を常法に従ってγ−アミノプ
ロビルトリメトキシシラン処理したのちジシアンジアミ
ド／エポキシドオリゴマー（ｅｑｕｉｖ−ｒａｔｉｏ）
からなるエポキシ樹脂と混合した。但し、エポキシドオ
リゴマーは分子量３８０のジグリシジルエーテルビスフ
ェノールＡであり、該エポキシドオリゴマーを主成分と
するエポキシ樹脂の板状Ｆｅ−Ｂ−Ｒ粒子への配合割合
は３重量％とじた。

一方、従来例として９３．５重量％のＳ　ｍ　Ｃｏ　５
とポリアミド−１２中とを常法により混練・造粒した射
出成形タイプの希土類コバルト／ポリアミド−１２ペレ
ツトを製造した。

上記、９７重量％板状Ｆｅ−Ｂ−Ｒ粒子をエポキシ樹脂
で固定化した磁気的に等方性の密度４８５ｇ　／　ｃ＋
ｊの永久磁石の磁気性能は測定磁界２５ＫＯｅ中での最
大エネルギー積が４ＭＧＯｅであり、一方の９３．５重
量％希土類コバルトをアキシャル方向の磁界１５ＫＯｅ
中でポリアミド−１２により固定化した磁気異方性の永
久磁石の磁気性能は同一測定磁界中での最大エネルギー
積が９゜７ＭＧＯｅであった。

（永久磁石の製造） ９７重量％板状Ｆｅ−Ｂ−Ｒ粒子／エポキシ樹脂を金型
キャビティに充填する。但し、該金型キャビティは本発
明の対象となる永久磁石型モータの該永久磁石として例
示できる円筒形状であり、その具体的寸法は外径１３　
ｍｍ　、内径５．５＋ｎｍ、高さ４．１＋ｎｍである。

該キャビティは周囲に所定の磁極部を有する粒子整列ヨ
ークを設置し、且つ当該ヨーク内に導線が設けられたも
のである。導線は所定の直流電圧に昇圧整流し、コンデ
ンサ群に充電後サイリスタを経て放電を行う瞬間直流電
源に接続している。

上記金型キャビティに充填した９７重量％板状Ｆｅ−Ｂ
−Ｒ粒子／エポキシ樹脂の見掛は密度付近まで対向する
パンチを移動させ、然るのち波高値２０ＫＡ、パルス幅
４００μｓｅｃ電流を、当該導線に通電することにより
キャビティ内に磁界を発生せしめた。これによりキャビ
ティ内の板状Ｆｅ−Ｂ−２粒子は磁極部を中心として整
列する。

次いで対向パンチを介して９７重量％板状Ｆｅ−Ｂ−Ｒ
粒子／エポキシ樹脂を密度５　、０　ｇ　／　ｃｗｔと
なるまで圧縮し、更に該エポキシ樹脂の硬化によって９
７重量％板状Ｆｅ−Ｂ−２粒子を固定化した。（本発明
例） 第２１Ｎ（ａ）、（ｂ）は上記、本発明例にかかる少な
くとも円筒磁石磁極部を構成する板状Ｆｅ−Ｂ−２粒子
が磁気的手段によって整列したまま樹脂組成物で固定化
された様相を示す走査電子類ｗｌＲ写真である。但し、
（ａ）は板状Ｆｅ−Ｂ−２粒子を整列固定化した磁極部
、（ｂ）は板状Ｆｅ−Ｅ３−２粒子がランダムに固定化
された磁極間である。図から板状Ｆｅ−Ｂ−２粒子を磁
気的手段により整列せしめた磁極部は、一方の磁極間に
比較して板状Ｆｅ−Ｂ−２粒子が高濃度で存在すること
が明白である。

一方、９７重量％板状Ｆｅ−Ｂ−Ｒ粒子／エポキシ樹脂
をそのまま密度５　、０　／　ｃｒａまで圧縮し、更に
該エポキシ樹脂を硬化せしめた同一寸法形状の永久磁石
を製造した。（比較例） 更に、上記永久磁石と同一寸法形状の金型キャビティを
取り囲んで磁性体ヨークと非磁性体ヨークとを交互に組
み合わせ、且つ外側に磁化コイルを配置した金型を用意
した。該磁化コイルで６０゜０００ＡＴの起磁力を連続
して発生させながら９３．５Ｍ量％希土類コバルト／ポ
リアミド−１２・　を溶融射出し、且つキャビティ内で
の当該ポリアミド−１２の冷却固化により、ラジアル方
向に磁気異方化した希土類コバルトを固定化せしめた。

この永久磁石の密度は５．５ｇ／ｃ−であった。（従来
例） （永久磁石型モータの特性） 第３図は例示の対称とした永久磁石回転子型モータの構
成を示すものである。図中１は外径８１の外周面を１０
極均等着磁した本発明例（即ち少なくとも円筒磁石磁極
部を構成する板状Ｆｅ−Ｂ−２粒子が磁気的手段によっ
て整列したまま樹脂組成物で固定化された永久磁石）お
よび比較例、従来例を搭載するロータである。ステータ
部は外ヨーク２ａ、２ｂと互いに背中合わせに接合され
た２個の内ヨーク３と、それ等の間に収容される励磁コ
イル４ａ、４ｂとを備えている。このような所謂ＰＭ型
パルスモータは１パルス電流に対応する励磁コイルの起
磁力により１ステツプ角だけロータが変位する動作を行
う。

第４図は、上記永久磁石回転子型モータのパルスレート
とプルアウト・トルクの関係を示す特性図である。図中
１は本発明例、２は比較例、３は従来例である。

図から明らかなように本発明例、すなわち少なくとも円
筒磁石磁極部を構成する板状Ｆｅ−Ｂ−２粒子が磁気的
手段によって整列したまま樹脂組成物で固定化された永
久磁石モータは、ランダムに分布せしめた板状Ｆｅ−Ｂ
−２粒子を樹脂組成物で固定化せしめた比較例、或は半
径方向へ磁気異方化せしめた希土類コバルト粒子を樹脂
組成物で固定化せしめた従来例の永久磁石を搭載した永
久磁石型モータに比べて優れた性能を発現するのである
。

発明の効果 以上のように本発明は２極以上多極着磁せしめた永久磁
石を用いる永久磁石回転子型、或は永久磁石界磁型モー
タの小型・高性能化に極めて有利である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明にかかる板状Ｆｅ−Ｂ−Ｒ粒子の粒子構
造を示す顕微鏡写真、第２図（ａ）は同板状Ｆｅ−Ｂ−
Ｒ粒子の整列固定化の様相を示す顕微鏡写真、（ｂ）は
ランダムに固定化した様相を示す顕微鏡写真、第３図は
永久磁石型モータの構造を示す分解斜視図、第４図はパ
ルスレートとプルアウト・トルクの関係を示す特性図で
ある。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名竿　１　図 ′ド）い川 第　２　）く ゛１）ｕカ１ １品シ用 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも永久磁石磁極部を構成する板状Ｆｅ−Ｂ−Ｒ
   （ＲはＮｄまたは／およびＰｒ）粒子が磁気的手段によ
   って整列したまま樹脂組成物で固定された永久磁石型モ
   ータ。