DE3689967T2

DE3689967T2 - Verfahren zum herstellen eines multipolaren magnets.

Info

Publication number: DE3689967T2
Application number: DE3689967T
Authority: DE
Inventors: Fumihito Mohri; Satoshi Nakatsuka; Takashi Sakauchi; Naohisa Tomoda
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1985-04-12
Filing date: 1986-04-10
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2006-04-11
Also published as: EP0217966B1; JPH0341965B2; JPS61237405A; US4702852A; EP0217966A4; WO1986006207A1; EP0217966A1; DE3689967D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines multipolar magnetisierten, anisotropen, auf Ferrit basierenden Kunststoffmagneten und insbesondere einen multipolar magnetisierten, anisotropen Kunststoffmagneten, bei dem das durch Magnetisieren erzeugte Oberflächenmagnetfeld erhöht wird, indem die innere Koerzitivfeldstärke bzw. Koerzitivkraft des Ferritpulver-Ausgangsmaterials unterhalb eines vorgegebenen Pegels gehalten wird.
Anisotrope gesinterte Ferritmagnete überwiegen im Bereich der auf Ferrit basierenden multipolar magnetisierten Magnete; sie weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie spröde sind und schlecht genau dimensioniert werden können. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurde die Verwendung von auf Ferrit basierenden Kunststoffmagneten vorgeschlagen. Deren magnetische Eigenschaften und insbesondere die sich aufgrund der multipolaren Magnetisierung ergebenden Oberflächenmagnetfelder, sind jedoch nicht ausreichend, weil das darin enthaltene Ferrit durch ein organisches Bindemittel verdünnt bzw. gestreckt wird. Es wurden verschiedene Versuche unternommen, durch Erhöhen der Restmagnetisierung und der inneren Koerzitivfeldstärke und schließlich durch Erhöhen des maximalen Energieprodukts, das die typische Eigenschaft von Permanentmagneten ist, die Leistung von Kunststoffmagneten zu verbessern. Die Erhöhung des maximalen Energieprodukts führt jedoch nicht notwendigerweise zu einem verbesserten Oberflächenmagnetfeld, das durch die multipolare Magnetisierung erhalten wird. Bisher konnte dieses Problem nicht zufriedenstellend gelöst werden.
In der EP-A-16960 wird ein rohrförmiger anisotroper Polymermagnet beschrieben, der durch Spritzgießen eines Gemischs aus ferromagnetischem Material und Polymermaterial hergestellt wird. Es können verschiedene ferromagnetische Materialien verwendet werden, wie beispielsweise Magnetoplumbit. Es ist Ziel der EP-A-16960 eine sehr gute bipolare Nagnetisierungsorientierung in der Richtung des Magnetfeldes zu erreichen. Der anisotrop-Polymermagnet wird durch ein sogenanntes "Zwei-Gußstellen-Verfahren" hergestellt, d. h., das Gemisch, aus dem der Magnet hergestellt wird, wird über zwei besonders angeordnete Gußstellen spritzgegossen.
Um das vorstehende Problem zu lösen, haben die vorliegenden Erfinder den Faktor untersucht, der das sich durch die multipolare Magnetisierung ergebende Oberflächenmagnetfeld steuert und festgestellt, daß das Oberflächenmagnetfeld stark erhöht wird, wenn durch multipolares Magnetisieren mit einem Ferrit, dessen magnetische Eigenschaften in einem vorgegebenen Bereich liegen, ein Magnetläufer gebildet wird. Die vorliegende Erfindung basiert auf diesem Ergebnis und wird durch die Merkmale der Patentansprüche definiert.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines multipolar magnetisierten anisotropen Kunststoffmagneten bereitzustellen, der beim Vorhandensein eines Magnetfeldes durch Formgießen und anschließendes Verfestigen einer Zusammensetzung, die aus einem magnetischen Pulver und einem organischen Bindemittel besteht, und durch anschließendes multipolares Magnetisieren des so erhaltenen anisotropen Kunststoffmagneten hergestellt wird. Das magnetische Pulver ist Magnetoplumbit-Ferrit und dessen Zusammensetzung wird so gewählt, daß die Dichte eines Grünlings, der unter einem Druck von 1 t/cm² aus der Zusammensetzung geformt wird, nicht weniger als 3.1 g/cm³ und die innere Koerzitivfeldstärke des Grünlings zwischen 2000 Oe (159 kA/m) und 2500 Oe (199 kA/m) beträgt.
Bei einem anisotropen Kunststoffmagnet kann das durch das multipolare Magnetisieren gebildete Oberflächenmagnetfeld einfach durch Erhöhen des Anteils von magnetischem Pulver im Kunststoffmagnet oder durch Erhöhen des Orientierungsgrads und damit durch Erhöhen der Anisotropie, wodurch das maximale Energieprodukt erhöht wird, bis zu einem gewissen Grade erhöht werden. Die Leistung der magnetischen Aufladeeinrichtung ist jedoch begrenzt, auch wenn das maximale Energieprodukt erhöht wird, wodurch keine ausreichende Magnetisierung erreicht werden kann, wenn der Kunststoffmagnet eine hohe Koerzitivfeldstärke aufweist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Magnetpole bei einem kleinen Abstand, d. h. bei 2 mm oder weniger magnetisiert werden. Daraus ergibt sich, daß, auch wenn die maximale Koerzitivfeldstärke gering ist, eine ausreichende multipolare Magnetisierung erreicht und ein hohes Oberflächenmagnetfeld erhalten werden kann, wenn die innere Koerzitivfeldstärke unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts gehalten wird.
Das bei der Erfindung verwendete Ferrit wird durch Zerkleinern und eine anschließende Wärmebehandlung von Magnetoplumbit-Ferrit, das durch die Formel MO·nFe&sub2;O&sub3; (M = Ba oder Sr und n = 5.5 bis 6.5) dargestellt wird, so hergestellt, daß das erhaltene Pulver im wesentlichen aus einzelnen magnetischen Domänen besteht. Das so erhaltene Ferritpulver ist dadurch gekennzeichnet, das der unter einem Druck von 1 t/cm² geformte Grünling eine Dichte von nicht weniger als 3.1 g/cm³ und eine innere Koerzitivfeldstärke zwischen 2000 Oe (159 kA/m) und 2500 Oe (199 kA/m) aufweist. Bei einer Dichte des Grünlings von weniger als 3.1 g/cm³ kann das Ferrit nicht dicht in den Kunststoffmagneten gefüllt werden, wodurch der erhaltene Kunststoffmagnet schlechte magnetische Eigenschaften erhält. Daher sollte das Ferrit als Grünling vorzugsweise eine Dichte von nicht weniger als 3.2 g/cm³ aufweisen. Andererseits sollte das Ferrit abhängig
- von der Leistung der verwendeten magnetischen Aufladeeinrichtung eine innere Koerzitivfeldstärke von nicht mehr als 2500 Oe (199 kA/m) aufweisen. Ferrit mit einer inneren Koerzitivfeldstärke von weniger als 2000 Oe (159 kA/m) ist nicht vorteilhaft, weil der dieses Ferrit enthaltende Kunststoffmagnet bei tiefen Temperaturen abhängig vom Magnetisierungsmuster entmagnetisiert werden kann. Wenn der erfindungsgemäße multipolar magnetisierte Magnet als Feldquelle zum Antreiben eines Motors verwendet wird, sollte der Wert der Restmagnetisierung des Magneten vorzugsweise nicht weniger als 2700 G (0.27 T) in der Anisotropierichtung des Magneten betragen, so daß der durch den Magnet erzeugte magnetische Fluß so groß wie möglich wird. Beim Kunststoffmagnet sollte der Ferritanteil zum Erzeugen des gewünschten magnetischen Flusses nicht weniger als 64 Vol.-% betragen. Wenn der erfindungsgemäße Kunststoffmagnet als Magnetfeldquelle eines Ortssensors verwendet wird, muß das Ferrit nicht immer dicht gefüllt werden. Trotzdem ist ein anisotroper Kunststoffmagnet vorteilhaft, der mit Ferrit gefüllt ist, das eine vorstehend festgelegte innere Koerzitivfeldstärke aufweist, so daß eine starke Magnetisierung bei einem bei einer solchen Anwendung üblichen Pol-zu-Pol-Abstand von 1 mm oder weniger erreicht wird.
Als das bei der Erfindung verwendete organische Bindemittel können u. a. verschiedene thermoplastische Harze und/oder in Wärme aushärtende Harze verwendet werden. Entsprechend den Erfordernissen können diese Harze einen Stabilisator, ein Gleitmittel, ein Mittel zur Oberflächenbehandlung oder andere Zusatzstoffe aufweisen.
Der erfindungsgemäße Magnet sollte auf eine solche Weise hergestellt werden, daß er eine maximale Anisotropie aufweist. Zu diesem Zweck sollte das Formen bei der Anwesenheit eines Magnetfeld von nicht weniger als 5000 Oe (398 kA/m), vorzugsweise nicht weniger als 10000 Oe (796 kA/m) durchgeführt werden. Zur besseren Formbarkeit kann die Formtemperatur erhöht werden, um die Viskosität des geschmolzenen organischen Bindemittels zu verringern, oder es können dem organischen Bindemittel ein Gleitmittel oder andere Hilfsmittel für die Verarbeitung hinzugefügt werden. Das Formen kann durch jedes zum Kunststofformen herkömmlich verwendete Verfahren, insbesondere durch Spritzgießen durchgeführt werden.
Der erfindungsgemäße multiplolar magnetisierte anisotrope Kunststoffmagnet entwickelt ein hohes Oberflächenmagnetfeld. Der Magnet kann in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt werden, wie z. B. bei einem Anziehungsfeldsystem. Er ist insbesondere gut geeignet als Drehmagnet einer elektrischen Maschine. In diesem Fall ist der Kunststoffmagnet teilweise oder vollständig in Form eines Rings ausgebildet, der in den radialen Richtungen anisotrop ist und an den gewünschten Abschnitten seiner Oberfläche mehrere Pole aufweist. Dadurch wird eine - bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gebildet.
Ein in Beispiel 1 (wird später erwähnt) erhaltener Kunststoffmagnet erzeugt, wenn er in einem PM-Schrittmotor (Einphasenmagnetisierung, Eingangsspannung 12 V) montiert ist, ein Anfangsdrehmoment von 135 bis 145 g·cm mit 333 Im pulsen/sec, wohingegen ein in Vergleichsbeispiel 2 erhaltener ringförmiger Kunststoffmagnet mit dem gleichen Ferritgehalt ein Anfangsdrehmoment von 95 bis 110 g·cm erzeugt.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die folgenden Beispiele beschrieben, die den Schutzbereich der Erfindung jedoch nicht einschränken sollen.

Beispiel 1

5 kg Strontiumferrit, das nachstehend spezifiziert wird, 460 g Polyamid-12 und 14 g Irganox (Ciba-Geigy Corp.) als Stabilisator wurden unter Verwendung eines 10 Liter Henschel-Mischers für 20 Minuten vermischt.
Mittlerer Teilchendurchmesser: 1.12 um.
Dichte des unter einem Druck von 1 t/cm² geformten Grünlings: 3.2 g/cm³
Restmagnetisierung (Br) des Grünlings: 1830 G (0.183 T) Innere Koerzitivfeldstärke (iHc): 2420 Oe (193 kA/m) Das erhaltene Gemisch wurde durch Schmelzextrudieren bei 240ºC zu Strängen geformt, die zu Tabletten geschnitten wurden. Die Tabletten wurden unter Verwendung einer Spritzgießmaschine, die in einem magnetischen Feld ausgerichtet werden kann, und unter Verwendung einer Form mit einem Ringhohlraum mit einem Außendurchmesser von 37 mm, einem Innendurchmesser von 32 mm und einer Höhe von 10 mm zu einem ringförmigen Produkt geformt. Die Formtemperatur betrug 80ºC. Während des Spritzgießens wurde an den Hohlraum in radialer Richtung ein Magnetfeld von 10800 Oe (860 kA/m) angelegt.
Das dadurch erhaltene Formprodukt wurde durch ein mit einer Kondensator-Ladungsimpulsquelle verbundenes 100-poliges Ladungs-Magnetjoch magnetisiert. Der Polabstand betrug 1.16 mm. Das so erhaltene multipolar magnetisierte Produkt hatte ein Oberflächenmagnetfeld von 445 G (0.0445 T). Es wies ferner die folgenden magnetischen Eigenschaften in der radialen Richtung auf:
Restmagnetisierung: 2890 G (0.289 T)
Innere Koerzitivfeldstärke: 2650 Oe (211 kA/m)
Maximales Energieprodukt: 1.95 · 10&sup6; Gauß·Oersted (1.55·10&sup4; J/m³)

Beispiele 2 und 3

Multipolar magnetisierte Magnete wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Mengen von Strontiumferrit, Polyamid-12, und des Stabilisators wie in Tabelle 1 dargestellt geändert wurden. Die magnetischen Eigenschaften der erhaltenen Produkte wurden untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Das Oberflächenmagnetfeld der Produkte war befriedigend.

Vergleichsbeispiele 1 und 2

Multipolar magnetisierte Magnete wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 bzw. 2 hergestellt, außer daß das Strontiumferrit durch das nachstehend spezifizierte Strontiumferrit ersetzt wurde.
Mittlerer Teilchendurchmesser: 1.20 um
Dichte des unter einem Druck von 1 t/cm² geformten
Grünlings: 3.29 g/cm³
Restmagnetisierung des Grünlings: 1840 G (0.184 T)
Innere Koerzitivfeldstärke: 2870 Oe (228 kA/m)
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Das maximale Energieprodukt dieser Vergleichsbeispiele war größer als dasjenige der Beispiele mit dem entsprechenden Ferritgehalt. Trotzdem war der Mittelwert des Oberflächenmagnetfeldes der Vergleichsbeispiele kleiner als derjenige der Beispiele, weil die Vergleichsbeispiele eine hohe innere Koerzitivfeldstärke aufwiesen, durch die das multipolare Magnetisieren schwierig wird. Tabelle 1 Beispiel Nr. Zusammensetzung Ferrit Polyamid Stabilisator Mittleres magnetisches Oberflächenfeld Maximales Energieprodukt Vergleichsbeispiel
Wie vorstehend beschrieben, wird durch die vorliegende Erfindung ein anisotroper Kunststoffmagnetläufer mit einem hohen Oberflächenmagnetfeld bereitgestellt. Es kann aufgrund von dessen kleinem Impulsmoment (das sich aus dessen geringem Gewicht ergibt) und aufgrund von dessen hohem Oberflächenmagnetfeld als Läufer eines PM-Schrittmotors und anderer elektrischer Maschinen verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines multipolar magnetisierten anisotropen Kunststoffmagneten durch Formen und anschließendes Verfestigen einer Zusammensetzung aus einem Magnetoplumbit-Ferritpulver und einem organischen Bindemittel beim Vorhandensein eines Magnetfeldes und anschließendes multipolares Magnetisieren des geformten anisotropen Kunststoffmagneten, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung so gewählt wird, daß die Dichte eines aus der Zusammensetzung unter einem Druck von 1 t/cm² geformten Grünlings nicht weniger als 3.1 g/cm³ beträgt und daß der Grünling eine innere Koerzitivfeldstärke zwischen 2000 Oe (159 kA/m) und 2500 Oe (199 kA/m) besitzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Magnetformteil ein teilweise oder vollständig ringförmiges Kunststoffmagnetformteil mit einer magnetischen Anisotropie in radialer Richtung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Magnetformteil nicht weniger als 64 Vol.-% Ferrit enthält.

4. Multipolar magnetisierter anisotroper Kunststoffmagnet mit einem mittleren Oberflächenmagnetfeld von mindestens 0.0437 T, der durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellt wird.