JPH09129427A - 希土類ボンド磁石、希土類ボンド磁石用組成物および希土類ボンド磁石の製造方法 - Google Patents
希土類ボンド磁石、希土類ボンド磁石用組成物および希土類ボンド磁石の製造方法Info
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Abstract
で、成形性、磁気特性に優れ、高機械的強度の希土類ボ
ンド磁石を提供すること。 【解決手段】本発明の希土類ボンド磁石は、射出成形に
より製造される磁石であって、希土類磁石粉末と熱可塑
性樹脂とを含む。磁石中の希土類磁石粉末の含有量は、
68〜76 vol%である。希土類磁石粉末としては、例
えばSm−Co系合金、R−Fe−B系合金(ただし、
RはYを含む希土類元素のうち少なくとも1種)、Sm
−Fe−N系合金よりなるもの、またはこれらを適宜混
合したものが用いられる。熱可塑性樹脂としては、例え
ばポリアミド、液晶ポリマー、PPSが用いられる。
Description
石、希土類ボンド磁石用組成物および希土類ボンド磁石
の製造方法に関するものである。
結合樹脂(有機バインダー)との混合物(コンパウン
ド)を所望の磁石形状に加圧成形して製造されるもので
あるが、その成形方法には、圧縮成形法、射出成形法お
よび押出成形法が利用されている。
金型中に充填し、これを圧縮成形して成形体を得、その
後、加熱して結合樹脂である熱硬化性樹脂を硬化させて
磁石を製造する方法である。この方法は、他の方法に比
べ、結合樹脂の量が少なくても成形が可能であるため、
得られた磁石中の樹脂量が少なくなり、磁気特性の向上
にとって有利であるが、磁石の形状に対する自由度が小
さい。
ウンドを押出成形機の金型から押し出すとともに冷却固
化し、所望の長さに切断して、磁石とする方法である。
この方法では、磁石の形状に対する自由度が大きく、薄
肉、長尺の磁石をも容易に製造できるという利点がある
が、成形時における溶融物の流動性を確保するために、
結合樹脂の添加量を圧縮成形法のそれに比べて多くする
必要があり、従って、得られた磁石中の樹脂量が多く、
磁気特性が低下するという欠点がある。
融し、十分な流動性を持たせた状態で該溶融物を金型内
に注入し、所定の磁石形状に成形する方法である。この
方法では、磁石の形状に対する自由度は、押出成形法に
比べさらに大きく、特に、異形状の磁石をも容易に製造
できるという利点がある。しかし、成形時における溶融
物の流動性は、前記押出成形法より高いレベルが要求さ
れるので、結合樹脂の添加量は、押出成形法のそれに比
べてさらに多くする必要があり、従って、得られた磁石
中の樹脂量が多く、磁気特性がさらに低下するという欠
点がある。
成形の利点を生かしつつ、少量の結合樹脂で、成形性、
磁気特性に優れた希土類ボンド磁石、このような磁石を
得ることができる希土類ボンド磁石用組成物および希土
類ボンド磁石の製造方法を提供することにある。
(1)〜(14)の本発明により達成される。
を含む希土類ボンド磁石用組成物を用い、射出成形によ
り製造される希土類ボンド磁石であって、希土類ボンド
磁石中の前記希土類磁石粉末の含有量が、68〜76 v
ol%であることを特徴とする希土類ボンド磁石。
(1)記載の希土類ボンド磁石。
0℃以下のものである上記(1)または(2)に記載の
希土類ボンド磁石。
ド、液晶ポリマーまたはポリフェニレンサルファイドで
ある上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の希土類
ボンド磁石。
とする希土類元素と、Coを主とする遷移金属とを基本
成分とするものである上記(1)ないし(4)のいずれ
かに記載の希土類ボンド磁石。
し、RはYを含む希土類元素のうち少なくとも1種)
と、Feを主とする遷移金属と、Bとを基本成分とする
ものである上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の
希土類ボンド磁石。
とする希土類元素と、Feを主とする遷移金属と、Nを
主とする格子間元素とを基本成分とするものである上記
(1)ないし(4)のいずれかに記載の希土類ボンド磁
石。
(5)、(6)および(7)に記載の希土類磁石粉末の
うちの少なくとも2種を混合したものである上記(1)
ないし(4)のいずれかに記載の希土類ボンド磁石。
エネルギー積(BH)max が6MGOe以上である上記(1)な
いし(8)のいずれかに記載の希土類ボンド磁石。
ネルギー積(BH)max が10MGOe以上である上記(1)な
いし(8)のいずれかに記載の希土類ボンド磁石。
酸化防止剤とを含み、射出成形に供される希土類ボンド
磁石用組成物であって、前記希土類ボンド磁石用組成物
中の前記希土類磁石粉末の含有量が、67.6〜75.
5 vol%であることを特徴とする希土類ボンド磁石用組
成物。
酸化防止剤とを含み、射出成形に供される希土類ボンド
磁石用組成物であって、前記希土類ボンド磁石用組成物
中の前記熱可塑性樹脂と前記酸化防止剤との合計含有量
が、24.5〜32.4 vol%であることを特徴とする
希土類ボンド磁石用組成物。
の前記酸化防止剤の含有量が、2.0〜12.0 vol%
である上記(11)または(12)に記載の希土類ボンド磁
石用組成物。
かに記載の希土類ボンド磁石用組成物を混練し、該混練
物を用いて射出成形法により磁石形状に成形することを
特徴とする希土類ボンド磁石の製造方法。
石、希土類ボンド磁石用組成物および希土類ボンド磁石
の製造方法について詳細に説明する。
説明する。本発明の希土類ボンド磁石は、射出成形によ
り製造されるものであり、以下のような希土類磁石粉末
と熱可塑性樹脂よりなる結合樹脂とを含む。さらに、以
下のような酸化防止剤を含むのが好ましい。
む合金よりなるものが好ましく、特に、次の[1]〜
[4]が好ましい。
oを主とする遷移金属とを基本成分とするもの(以下、
Sm−Co系合金と言う)。
元素のうち少なくとも1種)と、Feを主とする遷移金
属と、Bとを基本成分とするもの(以下、R−Fe−B
系合金と言う)。
eを主とする遷移金属と、Nを主とする格子間元素とを
基本成分とするもの(以下、Sm−Fe−N系合金と言
う)。
のうち、少なくとも2種を混合したもの。この場合、混
合する各磁石粉末の利点を併有することができ、より優
れた磁気特性を容易に得ることができる。
は、SmCo5 、Sm2 TM17(ただしTMは、遷移金
属)が挙げられる。
は、Nd−Fe−B系合金、Pr−Fe−B系合金、N
d−Pr−Fe−B系合金、Ce−Nd−Fe−B系合
金、Ce−Pr−Nd−Fe−B系合金、これらにおけ
るFeの一部をCo、Ni等の他の遷移金属で置換した
もの等が挙げられる。
ては、Sm2 Fe17合金を窒化して作製したSm2 Fe
17N3 が挙げられる。
は、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、
Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、ミ
ッシュメタルが挙げられ、これらを1種または2種以上
含むことができる。また、前記遷移金属としては、F
e、Co、Ni等が挙げられ、これらを1種または2種
以上含むことができる。また、磁気特性を向上させるた
めに、磁石粉末中には、必要に応じ、B、Al、Mo、
Cu、Ga、Si、Ti、Ta、Zr、Hf、Ag、Z
n等を含有することもできる。
れないが、0.5〜50μm 程度が好ましく、1〜30
μm 程度がより好ましい。また、後述するような少量の
結合樹脂で射出成形時の良好な成形性を得るために、磁
石粉末の粒径分布は、ある程度分散されている(バラツ
キがある)のが好ましい。これにより、得られたボンド
磁石の空孔率を低減することもできる。なお、前記
[4]の場合、混合する磁石粉末の組成毎に、その平均
粒径が異なっていてもよい。
例えば、溶解・鋳造により合金インゴットを作製し、こ
の合金インゴットを適度な粒度に粉砕し(さらに分級
し)て得られたもの、アモルファス合金を製造するのに
用いる急冷薄帯製造装置で、リボン状の急冷薄片(微細
な多結晶が集合)を製造し、この薄片(薄帯)を適度な
粒度に粉砕し(さらに分級し)て得られたもの等、いず
れでもよい。
8〜76 vol%程度であり、特に、70〜76 vol%程
度であるのが好ましく、72〜76 vol%程度であるの
がより好ましい。磁石粉末の含有量が少な過ぎると、磁
気特性(特に磁気エネルギー積)が低下し、また、磁石
粉末の含有量が多過ぎると、相対的に結合樹脂の含有量
が少なくなるので、射出成形時における流動性が低下
し、成形が困難または不能となる。
られる。結合樹脂として従来より用いられている例えば
エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂を用いた場合には、
成形時における流動性が悪いので、成形性が劣り、磁石
の空孔率が増大し、機械的強度および耐食性が低いが、
熱可塑性樹脂を用いた場合には、このような問題が解消
される。また、熱可塑性樹脂は、その種類、共重合化等
により、例えば成形性を重視したものや、耐熱性、機械
的強度を重視したものというように、広範囲の選択が可
能となる。
ば、ポリアミド(例:ナイロン6、ナイロン66、ナイ
ロン610、ナイロン612、ナイロン11、ナイロン
12、ナイロン6−12、ナイロン6−66)、熱可塑
性ポリイミド、液晶ポリマー、ポリフェニレンオキサイ
ド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレン、ポリ
プロピレン等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、
ポリエーテル、ポリアセタール等、またはこれらを主と
する共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げら
れ、これらのうちの1種または2種以上を混合して用い
ることができる。
性の向上がより顕著であり、また機械的強度が強いこと
から、ポリアミド、耐熱性向上の点から、液晶ポリマ
ー、ポリフェニレンサルファイドを主とするものが好ま
しく、ポリアミド、液晶ポリマーを主とするものが特に
好ましい。
℃以下のものであるのが好ましく、300℃以下のもの
であるのがより好ましい。融点が400℃を超えると、
成形時の温度が上昇し、磁石粉末等の酸化が生じ易くな
る。
に、用いられる熱可塑性樹脂の平均分子量(重合度)
は、10000〜60000程度であるのが好ましく、
12000〜30000程度であるのがより好ましい。
練する際等に、希土類磁石粉末の酸化(劣化、変質)や
結合樹脂の酸化(希土類磁石粉末の金属成分が触媒とし
て働くことにより生じる)を防止するために該組成物中
に添加される添加剤である。この酸化防止剤の添加は、
希土類磁石粉末の酸化を防止し、磁石の磁気特性の向上
を図るのに寄与するとともに、希土類ボンド磁石用組成
物の混練時、成形時における熱的安定性の向上に寄与
し、少ない結合樹脂量で良好な成形性を確保する上で重
要な役割を果たしている。
成物の混練時や成形時等の中間工程において揮発した
り、変質したりするので、製造された希土類ボンド磁石
中には、その一部が残留した状態で存在している。従っ
て、希土類ボンド磁石中の酸化防止剤の含有量は、希土
類ボンド磁石用組成物中の酸化防止剤の添加量に対し、
例えば10〜90%程度、特に20〜80%程度とな
る。
酸化を防止または抑制し得るものであればいかなるのも
でもよく、例えば、アミン系化合物、アミノ酸系化合
物、ニトロカルボン酸類、ヒドラジン化合物、シアン化
合物、硫化物等の、金属イオン、特にFe成分に対しキ
レート化合物を生成するキレート化剤が好適に使用され
る。なお、酸化防止剤の種類、組成等については、これ
らのものに限定されないことは言うまでもない。
いて、空孔率は、2 vol%以下であるのが好ましく、
1.5 vol%以下であるのがより好ましい。空孔率が2
vol%を超えると、磁石粉末の組成、含有量、熱可塑性
樹脂の組成等の他の条件によっては、磁石の機械的強度
および耐食性が低下するおそれがある。
は、磁石粉末の組成、磁石粉末の含有量の多さ等から、
等方性磁石であっても、優れた磁気特性を有する。
無磁場中で成形されたものの場合、磁気エネルギー積(B
H)max が6MGOe以上であるのが好ましく、7MGOe以上で
あるのがより好ましい。また、磁場中で成形されたもの
の場合、磁気エネルギー積(BH)max が10MGOe以上であ
るのが好ましく、12MGOe以上であるのがより好まし
い。
寸法等は特に限定されず、例えば、形状に関しては、例
えば、円柱状、角柱状、円筒状、円弧状、平板状、湾曲
板状等のあらゆる形状のものが可能であり、その大きさ
も、大型のものから超小型のものまであらゆる大きさの
ものが可能である。
について説明する。
に、前述した希土類磁石粉末と、前述した熱可塑性樹脂
と、前述した酸化防止剤とで構成される。
希土類磁石粉末の含有量(添加量)は、67.6〜7
5.5 vol%程度とするのが好ましく、69.5〜7
5.5 vol%程度とするのがより好ましく、71.5〜
75.5 vol%程度とするのがさらに好ましい。磁石粉
末の含有量が少な過ぎると、磁気特性(特に磁気エネル
ギー積)が低下し、また、磁石粉末の含有量が多過ぎる
と、相対的に結合樹脂の含有量が少なくなるので、射出
成形時における流動性が低下し、成形が困難または不能
となる。
塑性樹脂および酸化防止剤のそれぞれの含有量(添加
量)は、熱可塑性樹脂、酸化防止剤の種類、組成、成形
温度、圧力等の成形条件、成形物の形状、寸法等の諸条
件に応じて異なる。得られた希土類ボンド磁石の磁気特
性の向上のためには、希土類ボンド磁石用組成物中の熱
可塑性樹脂の添加量は、混練および成形が可能な範囲
で、できるだけ少ないのが好ましい。
防止剤の添加量は、2.0〜12.0 vol%程度である
のが好ましく、3.0〜10.0 vol%程度であるのが
より好ましい。
脂の添加量が少な過ぎると、希土類ボンド磁石用組成物
を混練する際の混練物の粘度が高くなり混練トルクが増
大し、発熱により磁石粉末等の酸化が促進される傾向と
なるので、酸化防止剤等の添加量が少ない場合に、磁石
粉末等の酸化を十分に抑制することができなくなるとと
もに、混練物(樹脂溶融物)の粘度上昇等により成形性
が劣り、低空孔率、高機械的強度の磁石が得られない。
また、熱可塑性樹脂の添加量が多過ぎると、成形性は良
好であるが、得られた磁石中の結合樹脂含有量が多くな
り、磁気特性が低下する。
防止剤の添加量が少な過ぎると、酸化防止効果が少な
く、磁石粉末の含有量が多い場合に、磁石粉末等の酸化
を十分に抑制することができなくなる。また、酸化防止
剤の添加量が多過ぎると、相対的に樹脂量が減少し、成
形体の機械的強度が低下する傾向を示す。
的多ければ、酸化防止剤の添加量を少なくすることがで
き、逆に、熱可塑性樹脂の添加量が少なければ、酸化防
止剤の添加量を多くする必要がある。従って、希土類ボ
ンド磁石用組成物中の熱可塑性樹脂と酸化防止剤との合
計添加量は、24.5〜32.4 vol%であるのが好ま
しく、24.5〜30.5 vol%であるのがより好まし
く、24.5〜28.0 vol%であるのがさらに好まし
い。このような範囲とすることにより、射出成形時にお
ける流動性、成形性、磁石粉末等の酸化防止の向上に寄
与し、低空孔率、高機械的強度、高磁気特性の磁石が得
られる。
要に応じ、例えば、結合樹脂を可塑化する可塑剤(例え
ば、ステアリン酸塩、脂肪酸)、潤滑剤(例えば、シリ
コーンオイル、各種ワックス、アルミナ、シリカ、チタ
ニア等の各種無機潤滑剤)、その他成形助剤等の各種添
加剤を添加することもできる。
せるので、より少ない結合樹脂の添加量で同様の特性を
得ることができ、好ましい。潤滑剤の添加についても同
様である。可塑剤の添加量は、0.1〜2.0 vol%程
度であるのが好ましく、潤滑剤の添加量は、0.2〜
2.5 vol%程度であるのが好ましい。
法について説明する。本発明の希土類ボンド磁石の製造
方法は、前述した希土類ボンド磁石用組成物を用い、次
のようにして行われる。
剤とを含む希土類ボンド磁石用組成物(混合物)を混練
機等を用いて十分に混練する。このとき、混練温度は、
150〜350℃程度が好ましい。
成形機の射出シリンダ内で、熱可塑性樹脂の溶融温度以
上の温度に加熱して溶融し、この溶融物を磁場中または
無磁場中(配向磁場が例えば6〜18kOe )で、射出成
形機の金型内に注入する。このとき、射出シリンダ内の
温度は、220〜350℃程度が好ましく、射出圧力
は、30〜100kgf/cm2 程度が好ましく、金型温度
は、70〜100℃程度が好ましい。
状、寸法の希土類ボンド磁石を得る。このとき、冷却時
間は、5〜30秒程度が好ましい。
する自由度が広く、少ない樹脂量でも流動性、成形性に
優れ、寸法精度が高く、また、成形サイクルが短く、量
産に適した希土類ボンド磁石を製造することができる。
のものに限定されないことは、言うまでもない。
る。
成、、、、、の6種の希土類磁石粉末と、
下記A、B、Cの3種の熱可塑性樹脂(結合樹脂)と、
ヒドラジン系酸化防止剤とを用意し、これらを下記表1
に示す所定の組み合わせおよび量で混合し、希土類ボン
ド磁石用組成物を得た。
19μm ) 急冷Nd8 Pr4 Fe82B6 粉末(平均粒径=18μ
m ) 急冷Nd12Fe78Co4 B6 粉末(平均粒径=20μ
m ) Sm(Co0.604 Cu0.06Fe0.32Zr0.016)8.3 粉
末(平均粒径=22μm) Sm2 Fe17N3 粉末(平均粒径=2μm ) HDDR法による異方性Nd13Fe69Co11B6 Ga
1 粉末(平均粒径=30μm ) A.ポリアミド(ナイロン12)、融点:175℃ B.液晶ポリマー、融点:180℃ C.ポリフェニレンサルファイド(PPS)、融点:2
80℃ 次に、表1に示す各希土類ボンド磁石用組成物をスクリ
ュー式混練機を用いて、十分に混練し、コンパウンドを
製造した。このときの混練条件を下記表2、表3に示
す。
により下記表2、表3に示す成形条件で射出成形して、
希土類ボンド磁石を得た。得られた磁石の形状、寸法、
組成、外観(目視観察)、諸特性を下記表4、表5、表
6に示す。
に外径15mm、高さ3mmの試験片を無磁場で、表2、表
3に示す条件で射出成形し、この試験片を用い剪断打ち
抜き法により評価した。
希土類ボンド磁石に対し、恒温恒湿槽により80℃、9
0%RHの条件で加速試験を行い、錆びの発生までの時間
により、◎、○、△、×の4段階で評価した。
(熱硬化性樹脂)とを下記表1に示す比率で混合し、こ
の混合物を室温下で混練し、得られたコンパウンドによ
り下記表3に示す条件で圧縮成形(プレス成形)し、こ
の成形体を150℃で1時間熱処理して樹脂硬化を行
い、希土類ボンド磁石を得た。得られた磁石の形状、寸
法、組成、外観(目視観察)、諸特性を下記表6に示
す。
15mm、高さ3mmの試験片を無磁場で、表3に示す条件
で圧縮成形し、この試験片を用い剪断打ち抜き法により
評価した。また、耐食性の評価は、前記と同様にして行
った。
類ボンド磁石は、いずれも、空孔率が低く、成形性、磁
気特性(磁気エネルギー積)、耐食性に優れ、機械的強
度も高いものであることが確認された。
は、希土類磁石粉末の含有量が多過ぎるため、希土類ボ
ンド磁石用組成物の混練が不能であった。
滑剤を添加したため、希土類ボンド磁石用組成物の混練
は可能であったが、やはり希土類磁石粉末の含有量が多
過ぎるため、射出成形が不能であった。
しみ出すという異常が発生した。
石の形状や寸法に対する自由度が広く、寸法精度が高
く、成形サイクルが短く、量産に適するという射出成形
の利点を享受しつつ、少ない結合樹脂量で、成形性、耐
食性に優れ、機械的強度が高く、磁気特性に優れた希土
類ボンド磁石を提供することができる。
Claims (14)
- 【請求項1】 希土類磁石粉末と熱可塑性樹脂とを含む
希土類ボンド磁石用組成物を用い、射出成形により製造
される希土類ボンド磁石であって、 希土類ボンド磁石中の前記希土類磁石粉末の含有量が、
68〜76 vol%であることを特徴とする希土類ボンド
磁石。 - 【請求項2】 空孔率が2 vol%以下である請求項1に
記載の希土類ボンド磁石。 - 【請求項3】 前記熱可塑性樹脂は、融点が400℃以
下のものである請求項1または2に記載の希土類ボンド
磁石。 - 【請求項4】 前記熱可塑性樹脂は、ポリアミド、液晶
ポリマーまたはポリフェニレンサルファイドである請求
項1ないし3のいずれかに記載の希土類ボンド磁石。 - 【請求項5】 前記希土類磁石粉末は、Smを主とする
希土類元素と、Coを主とする遷移金属とを基本成分と
するものである請求項1ないし4のいずれかに記載の希
土類ボンド磁石。 - 【請求項6】 前記希土類磁石粉末は、R(ただし、R
はYを含む希土類元素のうち少なくとも1種)と、Fe
を主とする遷移金属と、Bとを基本成分とするものであ
る請求項1ないし4のいずれかに記載の希土類ボンド磁
石。 - 【請求項7】 前記希土類磁石粉末は、Smを主とする
希土類元素と、Feを主とする遷移金属と、Nを主とす
る格子間元素とを基本成分とするものである請求項1な
いし4のいずれかに記載の希土類ボンド磁石。 - 【請求項8】 前記希土類磁石粉末は、請求項5、6お
よび7に記載の希土類磁石粉末のうちの少なくとも2種
を混合したものである請求項1ないし4のいずれかに記
載の希土類ボンド磁石。 - 【請求項9】 無磁場中で成形された場合の磁気エネル
ギー積(BH)max が6MGOe以上である請求項1ないし8の
いずれかに記載の希土類ボンド磁石。 - 【請求項10】 磁場中で成形された場合の磁気エネル
ギー積(BH)max が10MGOe以上である請求項1ないし8
のいずれかに記載の希土類ボンド磁石。 - 【請求項11】 希土類磁石粉末と熱可塑性樹脂と酸化
防止剤とを含み、射出成形に供される希土類ボンド磁石
用組成物であって、 前記希土類ボンド磁石用組成物中の前記希土類磁石粉末
の含有量が、67.6〜75.5 vol%であることを特
徴とする希土類ボンド磁石用組成物。 - 【請求項12】 希土類磁石粉末と熱可塑性樹脂と酸化
防止剤とを含み、射出成形に供される希土類ボンド磁石
用組成物であって、 前記希土類ボンド磁石用組成物中の前記熱可塑性樹脂と
前記酸化防止剤との合計含有量が、24.5〜32.4
vol%であることを特徴とする希土類ボンド磁石用組成
物。 - 【請求項13】 前記希土類ボンド磁石用組成物中の前
記酸化防止剤の含有量が、2.0〜12.0 vol%であ
る請求項11または12に記載の希土類ボンド磁石用組
成物。 - 【請求項14】 請求項11ないし13のいずれかに記
載の希土類ボンド磁石用組成物を混練し、該混練物を用
いて射出成形法により磁石形状に成形することを特徴と
する希土類ボンド磁石の製造方法。
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