專利名稱：外殼一體型粘結(jié)磁鐵及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將筒狀粘結(jié)磁鐵和筒狀外殼一體化而成的外殼一體型粘結(jié)磁鐵及其制造方法。
背景技術(shù)：
對于將由稀土類磁鐵粉末和熱固性樹脂(粘合劑)構(gòu)成的復(fù)合物壓縮成形而成的粘結(jié)磁鐵(以下適當(dāng)?shù)胤Q為“粘結(jié)磁鐵”)而言，即使為小型也能夠得到高磁通密度，并且薄壁等的形狀自由度也大。因此，粘結(jié)磁鐵適合作為例如強(qiáng)烈要求高輸出化以及節(jié)能化、小型化、輕量化等的電動機(jī)的勵磁用永久磁鐵，其需求正在急劇增加。隨著該需求增加，日益嚴(yán)格地要求粘結(jié)磁鐵以及包含粘結(jié)磁鐵的所有構(gòu)件的低價格化。目前，難以廉價地獲得作為粘結(jié)磁鐵的主要原料的稀土類元素。因此，為了應(yīng)對該低 價格化，重要的是削減粘結(jié)磁鐵與收納該粘結(jié)磁鐵的外殼的整體(外殼一體型粘結(jié)磁鐵)的生產(chǎn)所需的工時、縮短各工時所需的時間(縮短生產(chǎn)節(jié)拍)、削減該生產(chǎn)中使用的構(gòu)件等。與此相關(guān)的方案記載于下述專利文獻(xiàn)中。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2005-33844號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2000-184642號公報專利文獻(xiàn)3 W02006/1304號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題在專利文獻(xiàn)I中，如下制造外殼一體型粘結(jié)磁鐵。將復(fù)合物在模具內(nèi)加熱壓縮成形，從該模具中取出筒狀成形體。進(jìn)一步單獨(dú)對該筒狀成形體進(jìn)行加熱，使作為粘合劑的熱固性樹脂熱固化(固化熱處理)。這樣預(yù)先準(zhǔn)備確保了足夠的強(qiáng)度的筒狀粘結(jié)磁鐵，再通過另外的工序?qū)⒃撏矤钫辰Y(jié)磁鐵壓入到另行加熱后的筒狀外殼的內(nèi)周側(cè)。這樣，得到外殼一體型粘結(jié)磁鐵。根據(jù)該方法，容易將筒狀粘結(jié)磁鐵與筒狀外殼之間的壓接力(拔出力)通過設(shè)定兩者之間的壓入余量來調(diào)節(jié)至期望值。因此，在將粘結(jié)磁鐵固定到外殼中時也不需要使用膠粘劑，從而能實(shí)現(xiàn)磁特性的穩(wěn)定化，并且也能實(shí)現(xiàn)外殼一體型粘結(jié)磁鐵的制造成本的降低。但是，在專利文獻(xiàn)I的方法中，需要大量工序，因此未必優(yōu)選。在專利文獻(xiàn)2中，將粘結(jié)磁鐵的筒狀成形體在冷態(tài)下間隙配合到具有比該筒狀成形體大的內(nèi)徑的外殼(磁軛)中，然后將兩者在大氣氣氛中進(jìn)行加熱。由此，使筒狀成形體(粘結(jié)磁鐵)在外殼內(nèi)氧化膨脹，得到在外殼內(nèi)壓接有粘結(jié)磁鐵的外殼一體型粘結(jié)磁鐵。根據(jù)該方法，與專利文獻(xiàn)I同樣地不需要使用膠粘劑，而且也不用進(jìn)行固化熱處理后的壓入工序，即可得到外殼一體型粘結(jié)磁鐵。但是，專利文獻(xiàn)2中作為粘合劑使用的環(huán)氧樹脂通常在通過加熱進(jìn)行熱固化時顯示出固化收縮的傾向。另外，本發(fā)明人進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果是，筒狀成形體(粘結(jié)磁鐵)的氧化膨脹量微小。這樣，認(rèn)為在專利文獻(xiàn)2所述的方法中，難以在粘結(jié)磁鐵與外殼之間產(chǎn)生充分的壓接力。在專利文獻(xiàn)3中，利用在將筒狀成形體從模具中取出時產(chǎn)生的回彈來代替專利文獻(xiàn)2的氧化膨脹，從而制造外殼一體型粘結(jié)磁鐵。根據(jù)該方法，與專利文獻(xiàn)2的情況相同，既不需要膠粘劑，也不需要固化熱處理后的壓入工序。但是，為了確保在粘結(jié)磁鐵與外殼之間產(chǎn)生充分的壓接力，如專利文獻(xiàn)3中記載的那樣，需要對混合有碳微粉的磁鐵原料在高達(dá)約9噸(900MPa)的高壓下進(jìn)行壓縮成形。因此反而導(dǎo)致外殼一體型粘結(jié)磁鐵的制造成本的增加以及磁特性的降低。另外，在專利文獻(xiàn)3的方法中，為了產(chǎn)生較大的回彈而在冷態(tài)下進(jìn)行壓縮成形，從而難以得到致密的粘結(jié)磁鐵或進(jìn)行了取向的粘結(jié)磁鐵。本發(fā)明鑒于上述情況而完成，其目的在于提供通過與以往完全不同的方法使外殼和粘結(jié)磁鐵以充分的壓接力一體化而成的外殼一體型粘結(jié)磁鐵、以及能夠高效且以低成本生產(chǎn)該外殼一體型粘結(jié)磁鐵的制造方法。用于解決問題的方法 本發(fā)明人為了解決上述問題而進(jìn)行了深入的研究，并且反復(fù)進(jìn)行了嘗試，結(jié)果，首先成功地在將對磁鐵原料進(jìn)行加熱壓縮成形而成的筒狀成形體從筒狀腔室中排出的同時直接壓入到筒狀外殼中。其次還新獲知，對這樣得到的壓入狀態(tài)的筒狀成形體及筒狀外殼進(jìn)行固化熱處理時，可以得到筒狀外殼與筒狀粘結(jié)磁鐵強(qiáng)固地一體化的外殼一體型粘結(jié)磁鐵。通過發(fā)展該成果，本發(fā)明人完成了后述的各種發(fā)明?！锻鈿ひ惑w型粘結(jié)磁鐵的制造方法》(I)本發(fā)明的外殼一體型粘結(jié)磁鐵的制造方法的特征在于，具備填充工序，將包含一種以上的稀土類磁鐵粉末和作為粘合劑的熱固性樹脂的磁鐵原料填充到筒狀腔室中；加熱成形工序，在對該磁鐵原料加熱而使該熱固性樹脂成為軟化狀態(tài)或熔融狀態(tài)的同時對該磁鐵原料進(jìn)行壓縮成形從而得到筒狀成形體；排出壓入工序，在將該筒狀成形體從該筒狀腔室中排出的同時壓入到具有與該筒狀腔室同軸的內(nèi)周面的金屬制筒狀外殼中；和熱固化工序，將該筒狀成形體連同該筒狀外殼一起加熱而使該熱固性樹脂固化，由此，得到由該筒狀成形體構(gòu)成的筒狀粘結(jié)磁鐵與該筒狀外殼一體化而成的外殼一體型粘結(jié)磁鐵。(2)根據(jù)本發(fā)明的制造方法，首先，在排出壓入工序中，將剛進(jìn)行加熱成形工序后的處于余熱狀態(tài)的筒狀成形體從筒狀腔室中排出并且直接壓入到金屬制筒狀外殼中。對該排出壓入工序后的筒狀成形體和筒狀外殼加熱而使筒狀成形體中的熱固性樹脂(粘合劑)熱固化時，得到筒狀粘結(jié)磁鐵(筒狀成形體中的熱固性樹脂熱固化后的筒狀粘結(jié)磁鐵)與筒狀外殼超出預(yù)料地以強(qiáng)固的壓接力一體化而成的外殼一體型粘結(jié)磁鐵。因此，根據(jù)本發(fā)明，不必使用膠粘劑等，還可以省略固化熱處理后的壓入工序，并且能夠高效地制造外殼一體型粘結(jié)磁鐵。即，能夠進(jìn)一步降低外殼一體型粘結(jié)磁鐵的制造成本和價格。(3)通過本發(fā)明的制造方法得到這種外殼一體型粘結(jié)磁鐵的機(jī)制尚不確定，就現(xiàn)狀而言認(rèn)為如下。首先，能夠進(jìn)行本發(fā)明的排出壓入工序的理由認(rèn)為如下。一直認(rèn)為，對于在加熱壓縮成形后立即從筒狀腔室中排出的筒狀成形體而言，作為粘合劑的熱固性樹脂為未固化的狀態(tài)，而且處于余熱狀態(tài)(溫?zé)釥顟B(tài))，因此強(qiáng)度和剛性非常低，難以壓入到筒狀外殼中。特別是認(rèn)為，壁厚(筒狀腔室的間隙寬度)薄且軸向長的筒狀成形體在壓入到筒狀外殼中時，會發(fā)生壓曲等而使形狀潰散。但是，本發(fā)明人在實(shí)際中進(jìn)行了嘗試，結(jié)果獲知，即使是剛剛在不太高的成形壓力下進(jìn)行加熱壓縮成形后的筒狀成形體，也能夠壓入到筒狀外殼中。作為其理由，認(rèn)為是由于在加熱成形工序中也進(jìn)行熱固性樹脂的熱固化，即使是加熱成形工序后的筒狀成形體，也具有壓入時的保形所需的程度的強(qiáng)度和剛性?？墒?，此時的強(qiáng)度和剛性當(dāng)然不會大到熱固性樹脂進(jìn)行熱固化時的程度。因此，壓入到筒狀外殼的內(nèi)周側(cè)的筒狀成形體也一并具有追隨該筒狀外殼的內(nèi)周面而發(fā)生些許變形的可塑性，從而避免在壓入時過大的應(yīng)力作用于筒狀成形體。這樣，剛進(jìn)行加熱壓縮成形后的筒狀成形體兼具適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和剛性以及些許的可塑性，因此，能夠在追隨筒狀外殼的內(nèi)周面的同時壓入到筒狀外殼內(nèi)而不會發(fā)生壓曲和潰散等。其次，熱固化工序后得到筒狀外殼與筒狀粘結(jié)磁鐵強(qiáng)固地一體化而成的外殼一體型粘結(jié)磁鐵的理由認(rèn)為如下。首先，作為粘合劑的熱固性樹脂的線性膨脹系 數(shù)在熱固化(固化熱處理)的前后發(fā)生了較大變化(參考圖3)。具體而言，熱固性樹脂的線性膨脹系數(shù)在其固化(交聯(lián))反應(yīng)前較大，但在固化反應(yīng)后急劇地減小。因此，即使將熱固性樹脂在由于固化熱處理中的升溫而顯著熱膨脹之后進(jìn)行降溫，也不會熱收縮至原來的尺寸。即，殘余有與熱固化前后的線性膨脹系數(shù)差相對應(yīng)的程度的熱膨脹量。這種情況對于以熱固性樹脂作為粘合劑的筒狀成形體以及筒狀粘結(jié)磁鐵而言也同樣符合。因此，如果沒有筒狀外殼的約束，則熱固化工序后的筒狀粘結(jié)磁鐵的尺寸會因殘余的熱膨脹量(以下稱為“殘余熱膨脹量”)而比熱固化工序前的筒狀成形體的尺寸擴(kuò)大。在本發(fā)明的情況下，實(shí)際上是在將筒狀成形體收納于筒狀外殼中的狀態(tài)下進(jìn)行熱固化工序。因此，筒狀粘結(jié)磁鐵產(chǎn)生的殘余熱膨脹量不會直接反映在筒狀粘結(jié)磁鐵的尺寸變化上。即，該殘余熱膨脹量以在筒狀粘結(jié)磁鐵的外周面與約束該外周面的筒狀外殼的內(nèi)周面之間產(chǎn)生強(qiáng)壓縮應(yīng)力(壓接力)的方式發(fā)揮作用。本發(fā)明人進(jìn)一步進(jìn)行了深入的研究，結(jié)果還獲知，當(dāng)測量將對外周面賦予了壓縮應(yīng)力的筒狀成形體進(jìn)行固化熱處理后的筒狀粘結(jié)磁鐵的尺寸時，產(chǎn)生了遠(yuǎn)大于上述殘余熱膨脹量的熱膨脹量。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的理由尚不確定，但認(rèn)為是由于，在固化熱處理前對筒狀成形體賦予的壓縮應(yīng)力作為內(nèi)部應(yīng)力(特別是內(nèi)部壓縮應(yīng)力)蓄積，該內(nèi)部應(yīng)力在固化熱處理時被釋放，由此使熱固性樹脂超出預(yù)料地產(chǎn)生較大的熱膨脹。在本說明書中，將這樣通過蓄積在筒狀成形體中的內(nèi)部應(yīng)力的釋放而產(chǎn)生的熱膨脹量稱為“釋放熱膨脹量”。而且還獲知，該釋放熱膨脹量幾乎不對固化熱處理前蓄積在筒狀成形體中的內(nèi)部應(yīng)力的大小產(chǎn)生影響。因此，不需要對筒狀成形體賦予過大的內(nèi)部應(yīng)力，在將不使剛進(jìn)行加熱成形工序之后的筒狀成形體潰散的程度的內(nèi)部應(yīng)力賦予給筒狀成形體的程度下，可以產(chǎn)生足夠大的釋放熱膨脹量。而且，產(chǎn)生釋放熱膨脹量所需的內(nèi)部(壓縮)應(yīng)力可以在本發(fā)明的排出壓入工序時通過將筒狀成形體壓入到筒狀外殼內(nèi)而容易地產(chǎn)生。在此，在本發(fā)明的情況下，如上所述，實(shí)際上是對收納在筒狀外殼中的狀態(tài)的筒狀成形體進(jìn)行熱固化工序。因此，筒狀粘結(jié)磁鐵產(chǎn)生的釋放熱膨脹量也與上述的殘余熱膨脹量相同，不會直接反映在筒狀粘結(jié)磁鐵的尺寸變化上。即，該釋放熱膨脹量以在筒狀粘結(jié)磁鐵的外周面與約束該外周面的筒狀外殼的內(nèi)周面之間產(chǎn)生強(qiáng)壓縮應(yīng)力(壓接力)的方式發(fā)揮作用。
對于在筒狀粘結(jié)磁鐵的外周面與筒狀外殼的內(nèi)周面之間產(chǎn)生的壓接力(表面壓力)而言，在兩者為圓筒狀時，由兩者接觸的部分的直徑與各自的壁厚、縱向彈性模量和壓入余量來確定。因此，兩者間的表面壓力不僅在基于上述的殘余熱膨脹量和釋放熱膨脹量(或基于它們的變形量)確定的(表觀)壓入余量增加時增大，而且在筒狀粘結(jié)磁鐵的縱向彈性模量增加時也增大。在此，筒狀外殼的縱向彈性模量通常在固化熱處理前后不發(fā)生變化，但熱固性樹脂以及筒狀粘結(jié)磁鐵的縱向彈性模量(楊氏模量E)在該熱固化前后(固化熱處理前后)會發(fā)生變化。具體而言，熱固化后的縱向彈性模量比熱固化前的縱向彈性模量增大。通過使該固化熱處理后的縱向彈性模量增大，在筒狀粘結(jié)磁鐵與筒狀外殼之間產(chǎn)生的壓接力會進(jìn)一步增大。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，因排出壓入工序后的筒狀成形體中的熱固性樹脂在熱固化工序時進(jìn)行熱固化而使筒狀粘結(jié)磁鐵的殘余熱膨脹量、釋放熱膨脹量及縱向彈性模量增加?？梢哉J(rèn)為，它們疊加地或協(xié)同地發(fā)揮作用，從而得到使筒狀粘結(jié)磁鐵在筒狀外殼中強(qiáng)固地一體化而成的外殼一體型粘結(jié)磁鐵。 順便提一下，當(dāng)本發(fā)明人在本發(fā)明的外殼一體型粘結(jié)磁鐵的側(cè)面(筒狀外殼的外周面)切出縱向(軸向)的切口時，筒狀外殼和筒狀粘結(jié)磁鐵能夠比較容易地分離。由此也可以證實(shí)，在筒狀外殼與筒狀粘結(jié)磁鐵之間產(chǎn)生的強(qiáng)固的壓接力主要依賴于由壓入狀態(tài)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力，而基本上不依賴于熱固性樹脂等粘合劑膠粘在筒狀外殼的內(nèi)周面上等。《外殼一體型粘結(jié)磁鐵》本發(fā)明不僅可以是上述的制造方法，也可以是通過該制造方法得到的外殼一體型粘結(jié)磁鐵本身?！镀渌?I)本發(fā)明的粘結(jié)磁鐵的制造方法除了具備上述的各工序以外，還可以具備對熱固化工序后的外殼一體型粘結(jié)磁鐵進(jìn)行磁化的磁化工序、進(jìn)行涂裝或鍍敷等的防蝕處理工序等。(2)本發(fā)明中所稱的“軟化狀態(tài)”或“熔融狀態(tài)”沒有嚴(yán)格的區(qū)別?？偠灾?，只要達(dá)到樹脂被加熱后其粘性降低并且稀土類磁鐵粉末的各粒子可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、移動等姿態(tài)變化的狀態(tài)則充分。(3)本發(fā)明的筒狀腔室、筒狀外殼、筒狀成形體或筒狀粘結(jié)磁鐵中所稱的“筒狀”是指在按照本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可以采用各種軸向橫截面形狀，通常是指圓筒狀。(4)本說明書中所稱的筒狀腔室和筒狀外殼等的尺寸以及基于這些尺寸的尺寸比為排出壓入工序時的尺寸和尺寸比。(5)只要沒有特別說明，本說明書中所稱的“fy”包括下限值X及上限值y?？梢詫⒈菊f明書中記載的各種數(shù)值或包括在數(shù)值范圍內(nèi)的任意數(shù)值作為新的下限值或上限值而重新設(shè)定“a b”這樣的范圍。


圖I是表示加熱成形工序的情形的示意圖。圖2是表示排出壓入工序的情形的示意圖。
圖3是表示殼體、成形體及粘結(jié)磁鐵的熱膨脹量的變化的說明圖。圖4是表示殼體與圓筒狀粘結(jié)磁鐵之間的壓入比與拔出力的關(guān)系的圖。標(biāo)號說明I 模具H 殼體(筒狀外殼)G 圓筒狀成形體B 圓筒狀粘結(jié)磁鐵
具體實(shí)施方式
列舉發(fā)明的實(shí)施方式對本發(fā)明更詳細(xì)地進(jìn)行說明?？梢栽谏鲜龅谋景l(fā)明的構(gòu)成中附加從本說明書中任意選擇的一個或兩個以上的構(gòu)成。關(guān)于與制造方法相關(guān)的構(gòu)成，如果作為方法限定產(chǎn)品來理解，則也可以得到與產(chǎn)品相關(guān)的構(gòu)成，因此，本說明書中說明的內(nèi)容不僅可以適用于外殼一體型粘結(jié)磁鐵的制造方法，而且還可以適用于外殼一體型粘結(jié)磁鐵本身。需要說明的是，何種實(shí)施方式為最佳根據(jù)對象、要求性能等而不同?！锻鈿ひ惑w型粘結(jié)磁鐵》(I)磁鐵原料磁鐵原料包含一種以上的稀土類磁鐵粉末和粘合劑。磁鐵原料的形態(tài)不受限制，例如為稀土類磁鐵粉末和樹脂粉末的混合粉末、將該混合粉末加熱混煉并進(jìn)行造粒而得到的復(fù)合物、預(yù)先對稱取的混合粉末或復(fù)合物進(jìn)行壓縮成形而成的筒狀預(yù)成形體(半成品體)等。稀土類磁鐵粉末的組成、種類等沒有限定，可以采用公知的任意的磁鐵粉末。例如，作為代表性的稀土類磁鐵粉末，有=Nd-Fe-B系磁鐵粉末、Sm-Fe-N系磁鐵粉末、SmCo系磁鐵粉末等。另外，稀土類磁鐵粉末既可以是各向異性磁鐵粉末，也可以是各向同性磁鐵粉末。另外，稀土類磁鐵粉末既可以通過所謂的急冷凝固法來制造，也可以通過氫化處理法(d-HDDR法、HDDR法)來制造。另外，稀土類磁鐵粉末不僅可以是一種粉末，也可以是將多種磁鐵粉末混合而成的混合粉末。例如，可以將平均粒徑較大的粗粉末(例如1 250μπι)和平均粒徑較小的細(xì)粉末(例如Γ Ομπι)混合而成。另外，混合粉末也可以包含稀土類磁鐵粉末以外的磁鐵粉末例如鐵氧體磁鐵粉末等。粘合劑只要包含熱固性樹脂并且在加熱成形工序時被加熱后成為軟化或熔融的狀態(tài)，則其組成沒有限定。粘合劑特別是熱固性樹脂可使用環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、氨基樹脂、酚醛樹脂、聚酰胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚酰胺酰亞胺樹脂、尿素樹脂、三聚氰胺樹脂等公知的材料。但優(yōu)選處理性、獲得性等優(yōu)良且易產(chǎn)生上述的殘余熱膨脹量和釋放熱膨脹量的環(huán)氧樹脂作為熱固性樹脂。需要說明的是，本說明書中所稱的粘合劑或熱固性樹脂除了包含主劑以外，還適當(dāng)?shù)匕袒瘎?、固化助劑等。在將磁鐵原料整體設(shè)為100質(zhì)量％時，作為粘合劑的熱固性樹脂優(yōu)選為f 10質(zhì)量％，進(jìn)一步優(yōu)選為2飛質(zhì)量％。在熱固性樹脂過少時，不僅筒狀粘結(jié)磁鐵本身的強(qiáng)度降低，而且其殘余熱膨脹量和釋放熱膨脹量也會變得過少而使筒狀粘結(jié)磁鐵與筒狀外殼之間的壓接力降低。另一方面，當(dāng)熱固性樹脂過多時，稀土類磁鐵粉末相對減少，從而使筒狀粘結(jié)磁鐵的磁特性降低。
另外，為了改善成形時的脫模性(筒狀成形體的排出性)、軟化或熔融后的熱固性樹脂與磁鐵粉末的潤濕性和密合性等，磁鐵原料可以含有少量的各種添加劑。作為上述添加劑，例如有各種金屬皂、醇系潤滑劑等潤滑劑、鈦酸酯類或硅烷類偶聯(lián)劑等。(2)筒狀外殼筒狀外殼只要具有將筒狀成形體嵌入的內(nèi)部形狀，則其外部形狀沒有限定。例如，其外形截面形狀可以為圓形、方形、角形等中的任意一種形狀。雖然取決于外殼一體型粘結(jié) 磁鐵的用途，但筒狀外殼通常由磁性材料構(gòu)成，大多形成電動機(jī)的磁軛等。(3)粘結(jié)磁鐵本發(fā)明的外殼一體型粘結(jié)磁鐵的用途沒有特別限定，優(yōu)選用于電動機(jī)的勵磁。該電動機(jī)既可以是直流(DC)電動機(jī)，也可以是交流(AC)電動機(jī)。本發(fā)明的外殼一體型粘結(jié)磁鐵特別優(yōu)選用于強(qiáng)烈要求低價格化的小型電動機(jī)。另外，本發(fā)明的外殼一體型粘結(jié)磁鐵既可以用于轉(zhuǎn)子(rotor)側(cè)，也可以用于定子(stator)偵!|?！吨圃旆椒ā?I)填充工序如上所述，通過填充工序填充到筒狀腔室中的磁鐵原料可以為稀土類磁鐵粉末和熱固性樹脂粉末等的混合粉末，優(yōu)選為預(yù)先稱取該混合粉末并進(jìn)行成形而得到的筒狀預(yù)成形體。由此來實(shí)現(xiàn)填充工序所需時間的縮短及制造設(shè)備的簡化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)外殼一體型粘結(jié)磁鐵的制造成本的降低。(2)加熱成形工序首先，加熱成形工序中的加熱達(dá)到熱固性樹脂軟化或熔融的程度即可。如果熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂，則只要將用于形成筒狀腔室的模具加熱到約60°C 約200°C、進(jìn)而加熱到約140°C 約180°C即可。該加熱溫度(模具溫度)根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。需要說明的是，后述的壓縮成形可以在該加熱后進(jìn)行，但兩者并列地進(jìn)行時效率高。其次，加熱成形工序的壓縮成形中，利用沖頭等對填充在模具內(nèi)的筒狀腔室中的磁鐵原料進(jìn)行擠壓。此時的成形壓力沒有限定。但成形壓力過小時，筒狀成形體的強(qiáng)度降低，從而難以在保形的狀態(tài)下壓入到筒狀外殼中。在成形壓力過大時，會導(dǎo)致裝置的大型化而使外殼一體型粘結(jié)磁鐵的制造成本增加。因此，成形壓力優(yōu)選為5(T500MPa，進(jìn)一步優(yōu)選為 100 200MPa。(3)排出壓入工序通過排出壓入工序，將筒狀成形體從筒狀腔室中排出并且在溫?zé)釥顟B(tài)(或熱態(tài))下壓入到筒狀外殼中。此時，以筒狀成形體的外周側(cè)表面直徑即外徑(do)大于筒狀外殼的內(nèi)周側(cè)表面直徑即內(nèi)徑(di)的方式設(shè)定筒狀腔室的外周側(cè)表面直徑即外徑。該尺寸差(Ad=do-di)為本發(fā)明中所稱的壓入時的壓入余量。另外，壓入時的筒狀成形體具有些許的可塑性，因此，本發(fā)明中所稱的壓入余量不一定與普通剛體(彈性體)之間的壓入余量相同。需要說明的是，該壓入余量是指熱固化(固化熱處理)前的表觀上的壓入余量。不一定可以將在筒狀成形體的外周面與筒狀外殼的內(nèi)周面之間產(chǎn)生的表面壓力(PO)與在普通剛體之間的壓入面間產(chǎn)生的表面壓力相提并論。但是，該表面壓力會使蓄積在壓入到筒狀外殼中的筒狀成形體中的內(nèi)部應(yīng)力產(chǎn)生，因此有研究給PO帶來影響的指標(biāo)的價值。普遍認(rèn)為的是，Po會受到Δ d以及do或di的影響。即通常是，Ad增大時po增大；do或di增大時po減小。因此，在本發(fā)明中，還對筒狀成形體的壓入余量(Ad=do-di)相對于筒狀成形體的外徑(do)之比即壓入比(Ar= Λ d/do)進(jìn)行了研究，結(jié)果，Ar優(yōu)選為O. ΟΟΟΓΟ. 05，進(jìn)一步優(yōu)選為O. 00Γ0. 03。在該壓入比過小時，不能在筒狀成形體中蓄積使充分的釋放熱膨脹量產(chǎn)生的程度的內(nèi)部應(yīng)力。另外，筒狀成形體易從筒狀外殼中脫離而使處理性降低。在壓入比過大時，壓入時筒狀成形體發(fā)生缺損或者其形狀潰散，從而難以進(jìn)行正常的壓入本身。本說明書中所稱的“筒狀成形體的外徑(do) ”是保持有剛從筒狀腔室中排出后的形狀的筒狀成形體單獨(dú)的外徑。換言之，是在加熱成形工序后剛從筒狀腔室中排出后未壓入到筒狀外殼中的處于溫?zé)釥顟B(tài)的筒狀成形體的外徑。填充工序及加熱成形工序的條件相同時，若排除每次極小的偏差，則從筒狀腔室中排出的筒狀成形體的外徑實(shí)質(zhì)上大致恒定。因此可以說，如果不變更填充工序及加熱成形工序的條件，則只要最初測定作為試件的筒狀成形體的外徑(do)，則利用其外徑(do)和筒狀外殼的內(nèi)徑(di)求出的壓入余量或壓入比每次都會在被壓入的筒狀成形體與筒狀外殼之間產(chǎn)生。 順便提一下，筒狀成形體的外徑(do)可以通過變更磁鐵原料的組成、筒狀腔室的外周側(cè)表面直徑即外徑(D)、壓縮成形的條件等而調(diào)節(jié)至期望值。反之，筒狀成形體的外徑(do)會給筒狀腔室的外徑(D)帶來影響，兩者不必一致。通常，在筒狀腔室內(nèi)進(jìn)行壓縮成形而成的筒狀成形體從筒狀腔室排出時，存在發(fā)生些許擴(kuò)徑的傾向。(4)熱固化工序通過熱固化工序，壓入到筒狀外殼中的筒狀成形體中的熱固性樹脂幾乎完全(例如固化度為80%以上)地進(jìn)行熱固化。對于此時的加熱溫度而言，如果熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂，則將加熱爐的溫度設(shè)定為約120°C 約230°C、進(jìn)而約170°C 約220°C即可。由此，可以在例如約0. 2小時 約2小時、進(jìn)而約0. 4小時 約I小時的短時間內(nèi)完成熱固性樹脂的熱固化。該熱固化工序既可以在大氣氣氛中進(jìn)行，也可以在抑制氧化的氣氛中進(jìn)行。在前者的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)制造成本的降低，在后者的情況下，能夠抑制稀土類磁鐵粉末的氧化劣化，進(jìn)而能夠抑制筒狀粘結(jié)磁鐵的磁特性的降低。抑制氧化的氣氛有氬氣、氮?dú)獾炔换顫姎怏w氣氛、真空氣氛等。實(shí)施例列舉出制造圓筒狀殼體H(筒狀外殼)內(nèi)組裝有環(huán)形粘結(jié)磁鐵B (筒狀粘結(jié)磁鐵)的電動機(jī)用定子(外殼一體型粘結(jié)磁鐵)的情況作為一個實(shí)施例，對本發(fā)明更具體地進(jìn)行說明。需要說明的是，殼體H為磁性材料即鋼鐵制?！锻鈿ひ惑w型粘結(jié)磁鐵的制造》(I)磁鐵原料 將通過對NdFeB系稀土類各向異性磁鐵粉末(稀土類磁鐵粉末)和環(huán)氧樹脂進(jìn)行加熱混煉而成的復(fù)合物進(jìn)一步事先進(jìn)行壓縮成形，從而準(zhǔn)備預(yù)成形體作為磁鐵原料。該復(fù)合物中的環(huán)氧樹脂量相對于復(fù)合物整體為2. 75質(zhì)量％。預(yù)成形體通過將Sg該復(fù)合物在成形壓力為50MPa、室溫的條件下輕輕地加壓成形為外徑28. 10mm、內(nèi)徑:(p26.30mm的圓筒狀而得到。另外，上述的稀土類磁鐵粉末如下制造。通過將制備成Fe-12. 5%Nd-6. 4%B_0. 3%Ga_0. 2%Nb (單位原子％)的組成的合金鑄錠熔化并進(jìn)行鑄造來制造。在氬氣氣氛中對該鑄錠實(shí)施114(Tll50°C X40小時的均質(zhì)化處理。利用顎式破碎機(jī)將該鑄錠粗粉碎至平均粒徑為10_以下。然后對其實(shí)施下述條件的低溫氫化工序、高溫氫化工序、由第一排氣工序和第二排氣工序構(gòu)成的d-HDDR處理。首先，在室溫、氫壓為IOOkPa的氫氣氣氛中使各試樣的合金充分地吸收氫(低溫氫化工序)。接著，在800°C下、30kPa(氫壓)的氫氣氣氛中實(shí)施480分鐘的熱處理(高溫氫化工序)。接著，在保持于800°C的狀態(tài)下，在氫壓為O. r20kPa的氫氣氣氛中實(shí)施160分鐘的熱處理(第一排氣工序)。最后，用旋轉(zhuǎn)泵和擴(kuò)散泵進(jìn)行60分鐘的抽真空，在KT1Pa以下的真空氣氛中進(jìn)行冷卻(第二排氣工序)。這樣，制造出包含平均粒徑為80 μ m的磁鐵粒子的NdFeB系稀土類各向異性磁鐵粉末(稀土類磁鐵粉末)。需要說明的是，本說明書中所稱的平均粒徑通過測定篩子分級后的各級的重量并進(jìn)行加權(quán)平均來求出。進(jìn)而，向該稀土類磁鐵粉末中添加表面活性劑的溶液，邊攪拌邊進(jìn)行真空干燥。在此使用的表面活性劑的溶液是用乙醇將硅烷類偶聯(lián)劑(日本- 'J力一株式會社制造，N UC'> V Λ — >Α-187)稀釋至2倍而得到的溶液。這樣，得到由表面活性劑包覆粒子表面的稀土類磁鐵粉末。通過對該稀土類磁鐵粉末和環(huán)氧樹脂進(jìn)行加熱混煉而得到上述的復(fù)合物。(2)筒狀腔室用于填充該預(yù)成形體的圓筒狀腔室C、用于對該預(yù)成形體進(jìn)行加熱壓縮成形的模具I示于圖I中。該模具I由圓筒狀沖模11、插入到該沖模11中的圓柱狀磁芯12、作為形成在沖模11與磁芯12之間的圓筒狀間隙(腔室)的底面的圓筒狀下沖頭13以及與下沖頭13相對地設(shè)直的圓筒狀上沖頭14構(gòu)成。(3)填充工序?qū)⑸鲜龅念A(yù)成形體投入到圓筒狀腔室C(填充工序)中。此時，預(yù)先使模具I保持在150°C。在該溫?zé)釥顟B(tài)下，圓筒狀腔室C為外徑28. 20mm、內(nèi)徑f26,20mmD因此，圓筒狀腔室C的間隙寬度(c)為1mm。(4)加熱成形工序在將模具I保持于150°C的同時用下沖頭13和上沖頭14對圓筒狀腔室C內(nèi)的預(yù)成形體進(jìn)行壓縮。此時的成形壓力設(shè)定為160MPa。這樣，得到與上述的圓筒狀腔室C的直徑相同且長度為15_的圓筒狀成形體G(筒狀成形體)。需要說明的是，該壓縮成形在對圓筒狀腔室C施加I. 5T的取向磁場的同時進(jìn)行。順便提一下，在此，假定為四極電動機(jī)用定子進(jìn)行扇形取向。需要說明的是，扇形取向是指磁鐵粒子在主極部以易磁化軸朝向圓周側(cè)面的法線方向的方式分布，且磁鐵粒子在主極部之間的過渡部以如下方式分布，即，易磁化軸在接近中位點(diǎn)的同時慢慢轉(zhuǎn)向圓周切線方向，在中位點(diǎn)處變?yōu)閳A周切線方向后，易磁化軸在遠(yuǎn)離中位點(diǎn)的同時慢慢轉(zhuǎn)向圓周側(cè)面的法線方向。(5)排出壓入工序在加熱成形工序后，立即使上沖頭14退避，在與圓筒狀腔室C相同的軸上配置殼體H。然后，如圖2所示，使下沖頭13上升，以磁芯12為引導(dǎo)的同時將圓筒狀成形體G壓入到殼體H的圓筒內(nèi)。此時的殼體H處于室溫狀態(tài)下，其內(nèi)徑(di)為<p28.03mm 另外，對剛從圓筒狀腔室C中排出而未壓入到殼體H中的圓筒狀成形體G單獨(dú)的外徑(do)進(jìn)行測定，結(jié)果，其外徑(do)為cp28.23mm。因此，圓筒狀成形體G相對于殼體H的壓入余量(Δ d=do-di)為
O.20mm,壓入比(ΔΓ=Δ d/do) % O. 0071(試樣 No. 2)。需要說明的是，殼體H的端部開口成楔形，圓筒狀成形體G的外周面會順滑地被引導(dǎo)至殼體H的內(nèi)周面。順便提一下，在本實(shí)施例的情況下，從上述填充工序開始至排出壓入工序結(jié)束所需的時間為極短時間(約10秒 約15秒)。(6)熱固化工序?qū)喝胗袌A筒狀成形體G的殼體H利用大氣中的加熱爐進(jìn)行200°C X 30分鐘的加熱。這樣，得到在殼體H內(nèi)壓接圓筒狀粘結(jié)磁鐵B而成的定子(未圖示)?！稖y定》(I)利用得到的定子，對作為殼體H與環(huán)狀粘結(jié)磁鐵B的壓接力的指標(biāo)的拔出力進(jìn) 行測定。該拔出力通過將殼體H固定于拉伸試驗(yàn)機(jī)并用夾具將圓筒狀粘結(jié)磁鐵B的磁鐵端部推上去來測定。(2)還對變更了上述的壓入余量的定子進(jìn)行了同樣的測定。將這樣得到的各定子的拔出力、壓入余量等示于表I和圖4中(試樣Na Γ5)。(3)另外，還通過將預(yù)先進(jìn)行了熱固化的圓筒狀粘結(jié)磁鐵B壓入到殼體H中而不是直接將圓筒狀成形體G到壓入殼體H中的現(xiàn)有方法來制造定子。在這種情況下，制造對壓入余量進(jìn)行了各種變更的定子，并與上述情況同樣地測定各自的拔出力。將這樣得到的各拔出力等一并示于表I和圖4中。另外，只要沒有特別說明，則各試樣的制造條件如上所述。另外，對于表I中的試樣No. Cl，壓入中的圓筒狀粘結(jié)磁鐵B產(chǎn)生了裂紋，未能測定拔出力。(4)將與表I的試樣No. 2所示殼體H相同的殼體H的外周面在縱向上以I. 4mm的寬度切斷。但是，該供試材料通過進(jìn)行180°C X60分鐘的上述熱固化工序而制造。對該供試材料的切斷后的拔出力進(jìn)行測定時，為23 31N。認(rèn)為該拔出力基于圓筒狀粘結(jié)磁鐵B的夕卜周面借助環(huán)氧樹脂膠粘到殼體H的內(nèi)周面。但是，切斷前的拔出力為1400N，因此可知，該膠粘對拔出力的貢獻(xiàn)的程度最高不過2 3%。《評價》(I)由表I及圖4的結(jié)果可知，在排出壓入工序后進(jìn)行熱固化工序的本實(shí)施例的情況下，能夠得到充分高的拔出力。具體而言，還得知，即使壓入比低至為O. 0005以下，也確保了在實(shí)用上充分的拔出力。另外還得知，當(dāng)壓入比達(dá)到O. 001以上時，拔出力進(jìn)一步增大，之后，即使壓入比發(fā)生變化，拔出力也幾乎不變而穩(wěn)定在180(Γ1900Ν的范圍內(nèi)。另一方面，在熱固化工序后將圓筒狀粘結(jié)磁鐵B壓入到殼體H中的現(xiàn)有方法的情況下，從壓入比(壓入余量)小的范圍來看可知，拔出力與壓入比大致成正比，壓入比小時，拔出力也不充分。而且還得知，壓入比增大到某種程度時，拔出力不再增加，壓入比過大時，會產(chǎn)生裂紋。(2)本實(shí)施例的拔出力不管壓入比大小都穩(wěn)定的理由認(rèn)為如下。首先可以列舉，通過熱固化工序使作為粘合劑的熱固性樹脂充分地進(jìn)行熱固化，結(jié)果，使圓筒狀粘結(jié)磁鐵B的縱向彈性模量(E)大于圓筒狀成形體G的縱向彈性模量，并且穩(wěn)定。其次，在對通過加熱成形工序得到的圓筒狀成形體G在不壓入到殼體H中的條件下賦予與熱固化工序同樣的熱歷程的情況下，加熱后(圓筒狀粘結(jié)磁鐵B)的外徑相對于加熱前(圓筒狀成形體G)的外徑增加約30 μ πΓ約40 μ m(約O. 03mnT約O. 04mm)。這是因?yàn)椋鐖D3所示，通過熱固化處理(固化熱處理)，圓筒狀成形體G形成圓筒狀粘結(jié)磁鐵B，線性膨脹系數(shù)從17X10_6(1/°C )變化為10X10_6(1/°C )。即，產(chǎn)生了與熱歷程和線性膨脹系數(shù)變化相對應(yīng)的熱膨脹量差(殘余熱膨脹量)。更具體而言，在線性膨脹系數(shù)差7Xl(r6(l/°C )、加熱溫度差177°C (=200°C _23°C )、外徑:(p28.23mm的情況下,產(chǎn)生了約33. 5μπι的熱膨脹量差。另一方面，殼體H的線性膨脹系數(shù)為11X10_6(1/°C )，但該線性膨脹系數(shù)是可逆的，基本上不受熱歷程的影響。即，即使通過熱固化工序而達(dá)到高溫，隨后恢復(fù)到室溫(230C )時，其內(nèi)徑也會恢復(fù)到原來的尺寸。因此認(rèn)為，當(dāng)上述的圓筒狀粘結(jié)磁鐵B壓入到殼體H中時，通過熱歷程而產(chǎn)生于圓筒狀粘結(jié)磁鐵B的殘余熱膨脹量成為圓筒狀粘結(jié)磁鐵B與殼體H之間的壓入余量，由此，在圓筒狀粘結(jié)磁鐵B與殼體H之間產(chǎn)生了壓接力。另外，通過排出壓入工序先直接將圓筒狀成形體G壓入到殼體H中，然后，在不進(jìn)行熱固化工序的情況下僅將圓筒狀成形體G從殼體H中拔出。然后僅對該拔出的圓筒狀成 形體G進(jìn)行熱固化處理(固化熱處理)。這樣，通過該熱固化后得到的圓筒狀粘結(jié)磁鐵B的外徑與圓筒狀成形體G的外徑相比增加了 6(T70 ym(0. 06、. 07mm)。即使改變排出壓入工序時的壓入比，該趨勢(熱膨脹量)也幾乎不發(fā)生變化。在不壓入到殼體H中的情況下產(chǎn)生的殘余熱膨脹量為約30 μ πΓ約40 μ m,因此，在壓入到殼體H中的情況下產(chǎn)生的熱膨脹量的加和量(釋放熱膨脹量)也達(dá)到約30 μ πΓ約40 μ m (約O. 03mnT約O. 04mm)。產(chǎn)生這種釋放熱膨脹量的原因認(rèn)為是，如上所述，在壓入到殼體H中時，向圓筒狀成形體G施加的變形作為內(nèi)部應(yīng)力而蓄積在圓筒狀成形體G中，并且該內(nèi)部應(yīng)力在固化熱處理(熱固化工序)時被釋放。基于上述情況，在排出壓入工序中將圓筒狀成形體G壓入到殼體H中后進(jìn)行熱固化工序時，在圓筒狀粘結(jié)磁鐵B與殼體H之間產(chǎn)生通過上述縱向彈性模量的增加與基于殘余熱膨脹量和釋放熱膨脹量的壓入比的生成協(xié)同性地發(fā)揮作用而形成的表面壓力。結(jié)果認(rèn)為，在本實(shí)施例的圓筒狀粘結(jié)磁鐵B與殼體H之間顯示出在較大程度上穩(wěn)定的表面壓力，從而得到兩者進(jìn)行強(qiáng)固地壓接的定子。[表I]
權(quán)利要求
1.一種外殼一體型粘結(jié)磁鐵的制造方法，其特征在干， 具備 填充エ序，將包含一種以上的稀土類磁鐵粉末和作為粘合劑的熱固性樹脂的磁鐵原料填充到筒狀腔室中； 加熱成形エ序，在對該磁鐵原料進(jìn)行加熱而使該熱固性樹脂成為軟化狀態(tài)或熔融狀態(tài)的同時對該磁鐵原料進(jìn)行壓縮成形從而得到筒狀成形體； 排出壓入エ序，在將該筒狀成形體從該筒狀腔室中排出的同時壓入到具有與該筒狀腔室同軸的內(nèi)周面的金屬制筒狀外殼中；和 熱固化工序，將該筒狀成形體連同該筒狀外殼一起加熱而使該熱固性樹脂固化， 由此，得到由該筒狀成形體構(gòu)成的筒狀粘結(jié)磁鐵與該筒狀外殼一體化而成的外殼一體型粘結(jié)磁鐵。
2.如權(quán)利要求I所述的外殼一體型粘結(jié)磁鐵的制造方法，其中，所述熱固性樹脂包含環(huán)氧樹脂。
3.如權(quán)利要求I或2所述的外殼一體型粘結(jié)磁鐵，其中，在將所述磁鐵原料整體設(shè)為100質(zhì)量％時，所述熱固性樹脂為10質(zhì)量％。
4.如權(quán)利要求廣3中任一項(xiàng)所述的外殼一體型粘結(jié)磁鐵的制造方法，其中，由所述筒狀成形體的外徑(do)與所述筒狀外殼的內(nèi)徑(di)的尺寸差產(chǎn)生的所述筒狀成形體的壓入余量(Ad=do-di)相對于該筒狀成形體的外徑(do)之比即壓入比(Ar=Ad/do)在所述排出壓入エ序開始時為O. 000Γ0. 05。
5.如權(quán)利要求廣4中任一項(xiàng)所述的外殼一體型粘結(jié)磁鐵，其中，所述加熱成形エ序的成形壓カ為5(T500MPa。
6.如權(quán)利要求I所述的粘結(jié)磁鐵的制造方法，其中，所述筒狀外殼由磁性材料構(gòu)成。
7.一種外殼一體型粘結(jié)磁鐵，其特征在于，通過權(quán)利要求1飛中任一項(xiàng)所述的制造方法而得到。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠高效地生產(chǎn)筒狀粘結(jié)磁鐵和筒狀外殼強(qiáng)固地壓接而成的外殼一體型粘結(jié)磁鐵的制造方法。本發(fā)明的外殼一體型粘結(jié)磁鐵的制造方法具備填充工序，將包含一種以上的稀土類磁鐵粉末和作為粘合劑的熱固性樹脂的磁鐵原料填充到筒狀腔室中；加熱成形工序，在對磁鐵原料進(jìn)行加熱而使熱固性樹脂成為軟化狀態(tài)或熔融狀態(tài)的同時對磁鐵原料進(jìn)行壓縮成形從而得到筒狀成形體；排出壓入工序，在將該筒成形體從該筒狀腔室排出的同時壓入到具有與筒狀腔室同軸的內(nèi)周面的金屬制筒狀外殼中；和熱固化工序，將筒狀成形體連同筒狀外殼一起加熱而使熱固性樹脂固化。通過使壓入到筒狀外殼中的筒狀成形體熱固化，筒狀成形體發(fā)生變化后的筒狀粘結(jié)磁鐵超出預(yù)料地?zé)崤蛎?。結(jié)果，得到筒狀外殼和筒狀粘結(jié)磁鐵強(qiáng)固地壓接而成的外殼一體型粘結(jié)磁鐵。
文檔編號H01F7/02GK102844826SQ201180017988
公開日2012年12月26日 申請日期2011年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月5日
發(fā)明者本蔵義信, 御手洗浩成, 松岡浩, 加藤誠之, 奧村幾造 申請人:愛知制鋼株式會社