(57)【要約】    【課題】希土類磁石粉末を熱可塑性樹脂で結合した、圧縮成形による希土類ボンド磁石の製造において、磁石粉末と熱可塑性樹脂の混練や造粒・整粒を必要としない簡素な工程で実施することができ、［ＢＨ］max が１１ＭＧＯｅに達する高い磁気性能をもった希土類ボンド磁石を製造することが可能な製造方法を提供する。    【解決手段】カップリング剤を用いて、希土類磁石粉末の表面に熱可塑性樹脂の粉末が付着した粉末状混合物を形成する。この粉末状混合物を加温したプレス型に充填し、温間圧縮成形により磁石形状を与え、加圧状態のまま冷却することにより、希土類ボンド磁石を製造する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類磁石粉末を熱可塑性樹脂で結合した希土類ボンド磁石を製造する方法において、カップリング剤により希土類磁石粉末の表面に熱可塑性樹脂の粉末が付着した粉末状混合物を形成し、この粉末状混合物を加温したプレス型に充填し、温間圧縮成形により磁石形状を与え、加圧状態のまま冷却することを特徴とする希土類ボンド磁石の製造方法。
【請求項２】
粉末状混合物の形成を、希土類磁石粉末と熱可塑性樹脂の粉末とを混合し、さらにカップリング剤を添加して撹拌してスラリー状の混合物を得、このスラリー状混合物に滑材を添加して撹拌し、加熱乾燥して希土類磁石粉末の表面に熱可塑性樹脂粉末が付着した粉末状混合物とすることにより行なう請求項１の製造方法。
【請求項３】
カップリング剤として、希土類ボンド磁石の製造に当たって使用する、シラン系、チタネート系またはジルコネート系のカップリング剤をえらび、希土類磁石粉末に対して質量％で０．１〜１％使用して実施する請求項１または２の製造方法。
【請求項４】
熱可塑性樹脂の粉末として、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリビニリデンフルオライドまたは液晶ポリマーの、粒径１〜５０μｍの粉末を使用して実施する請求項１ないし３のいずれかの製造方法。
【請求項５】
プレス型の加温を、熱可塑性樹脂の溶融温度に対して、−１０〜＋２０℃の範囲に選んで実施する請求項１ないし４のいずれかの製造方法。
【請求項６】
温間圧縮成形時の圧力を１０〜２０ｔ/cm2の範囲とし、冷却時の圧力を温間圧縮成形時の圧力と同等またはそれ以上に保持して実施する請求項１ないし５のいずれかの製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の製造方法により製造された希土類ボンド磁石。
【請求項８】
磁石粉末の含有量が８０質量％以上であり、空孔率が１％以下である請求項７の希土類ボンド磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類ボンド磁石の製造方法に関し、その方法により製造した希土類ボンド磁石にも関する。
【背景技術】
【０００２】
希土類磁石粉末を樹脂で結合して磁石形状とした希土類ボンド磁石は、射出成形、圧縮成形、または押出成形の技術により製造されている。射出成形は、適宜のサイズに粉砕した希土類磁石粉末にカップリング剤を適用してから熱可塑性樹脂と合わせ、二軸混練機のような強力な混練装置で混練し、いったんペレット化したものを射出成形機に供給して、金型内に射出成形することによって実施する。複雑な形状の磁石を直接成形できるが、上記の製法による制約から、製品磁石に占める磁石粉末の割合を高くすることができず、製品の磁気特性としては、あまり高いものは望めない。
【０００３】
射出成形のいまひとつの問題は、成形品にゲート跡が不可避的に残ることである。ゲート跡は、面取り加工によって平滑に仕上げなければならないことがしばしばあるし、その部分は磁石粉末が露出していて錆びやすく、錆が剥落してさまざまな問題を引き起こす。それを防ぐには、成形品全体か、少なくともゲート部に、コーティングをする必要がある。押出成形は、異形断面をもった磁石製品を製造することが容易である点で、射出成形と共通であるが、共通の問題もあり、押出製品の切断面に対してはコーティングを施さなければならない。射出成形と同じような製法上の制約により、磁石粉末が占める割合は７０容積％程度が限界であるため、磁気特性も低く、たとえば、最大磁気エネルギー積［ＢＨ］maxの値は６ＭＧＯｅ止まりである。
【０００４】
一方、圧縮成形は、樹脂として熱硬化性のもの、代表的にはエポキシ樹脂を使用し、通常は、カップリング剤で処理し、乾燥させた磁石粉末と、液体の樹脂とを混合してコンパウンドを得、これを金型でプレスして成形品とし、取り出して赤外線加熱などにより加熱して樹脂を硬化させる、という工程に従って製造する。成形サイクルは若干長くなるが、成形品を金型内に置いたまま冷却して製品を得る製造方法もある。圧縮成形は、リングなど簡単な形状の製品しか製造できないが、製品磁石中に磁石粉末が占める割合を、９５質量％程度まで高めることができるから、高い磁気特性、たとえば［ＢＨ］maxが１１ＭＧＯｅを超えるものを製造することができる。しかし、圧縮成形により製造したボンド磁石は、耐食性が悪くて、最終的には防食コーティングを施さなければならない。
【０００５】
圧縮成形によるボンド磁石の製造において、結合樹脂として、従来の熱硬化性樹脂に代えて熱可塑性樹脂を使用するという提案がなされた（特許文献１）。この技術は、磁石粉末と熱可塑性樹脂との組成物を、熱可塑性樹脂が溶融状態となる第一の温度で加圧成形し、加圧状態のまま、熱可塑性樹脂の溶融温度を下回る第二の温度まで冷却し、その冷却を水冷によって行なうことを特徴とする。加圧成形に当たって、金型を加熱し、成形時の材料温度を熱可塑性樹脂が溶融状態となる温度にするという意味で、「温間成形」と呼んでいる。結合樹脂とする熱可塑性樹脂は、成形性にすぐれ、機械的強度が高い点でポリアミドが、耐熱性からは液晶ポリマーやポリフェニレンサルファイドが、また成形の容易さやコストの点ではポリオレフィンが、好ましいとされている。
【０００６】
この熱可塑性樹脂を結合樹脂とするボンド磁石の製造に当たっては、実際上、圧縮成型に供給する組成物を得るために、磁石粉末と熱可塑性樹脂とを熱可塑性樹脂の熱変形温度以上の温度で混練し、造粒または整粒する工程が必要である。具体的には、ヘンシェルミキサー等の混合機を用いて磁石粉末と熱可塑性樹脂とを混合し、二軸押出混練機、ロール式混練機、ニーダー等の混練機で、熱可塑性樹脂の熱変形温度以上、好ましくは融点以上の温度で混練する。混練物は、押出式造粒機により造粒するか、またはボールミル、振動ミル、破砕機、ジェットミル、ピンミル等を用いて粉砕し、フルイ等で分級して、平均粒径を０．０１〜２mm、好ましくは０．０２〜２mm、より好ましくは０．０５〜２mmに整粒する。
【特許文献１】特許第３６５３８５２号
【０００７】
上記の熱可塑性樹脂を結合樹脂とするボンド磁石は、空孔率が４％以下の圧縮成形品を得ることができるので、［ＢＨ］maxが１１ＭＧＯｅに達するボンド磁石を得ることができるという。しかし、磁石粉末と熱可塑性樹脂の混練、造粒または整粒の作業は工数がかかり、それが製品磁石のコストを高くすることは否定できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、希土類磁石粉末を熱可塑性樹脂で結合したボンド磁石の製造において、既知の製造方法に必要であった磁石粉末と熱可塑性樹脂の混練および造粒または整粒の作業を必要としない、簡素な工程で圧縮成形を行なうことができ、既知の方法による磁石製品と同等またはそれ以上の磁気性能をもったボンド磁石を製造することが可能な製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の希土類ボンド磁石の製造方法は、希土類磁石粉末を熱可塑性樹脂で結合した希土類ボンド磁石を製造する方法において、カップリング剤により希土類磁石粉末の表面に熱可塑性樹脂の粉末が付着した粉末状混合物を形成し、この粉末状混合物を加温したプレス型に充填し、温間圧縮成形により磁石形状を与え、加圧状態のまま冷却することを特徴とする希土類ボンド磁石の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、希土類磁石粉末を熱可塑性樹脂で結合した希土類ボンド磁石を製造するに当たって、磁石粉末と熱可塑性樹脂の混練および造粒または整粒の作業が不要となったから、この種ボンド磁石の製造工程がきわめて簡素になり、製造コストを押し上げる要因が除去された。また本発明の方法は、カップリング剤の使用により製造工程における磁石粉末と熱可塑性樹脂とのなじみが向上するために空孔率がいっそう低くなり、磁石粉末の占有容積率がより高く、かつ、磁石粉末の酸化が低減された磁石製品を得ることができる。射出成形との比較においては、いうまでもなくより高い成形圧力を適用することができ、空孔率が低減できる。したがって本発明の製造方法は、既知の方法による磁石製品と同等またはそれ以上の磁気性能をもったボンド磁石を、低減されたコストをもって提供することを可能にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
希土類磁石粉末としては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系またはＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系の磁石合金の溶湯を超急冷法により粉末にして製造したものが好適である。粉末の形状は扁平なフレーク状がよく、そのサイズは、厚さ１〜５０μｍ、長径１０〜５００μｍ、短径２〜１００μｍ、平均粒径としては２５〜３００μｍの範囲のものが適切である。
【００１２】
カップリング剤は、希土類ボンド磁石の製造に当たって使用されている、シラン系、チタネート系またはジルコネート系のカップリング剤が、そのまま、または水もしくは適宜の溶剤で希釈した状態で、使用できる。その使用量は、磁石粉末に対して質量で０．１〜１％が適切である。不足すると磁石粉末に対して樹脂粉末をなじませるという、カップリング剤の作用が十分に得られないし、過大になると製品磁石の中で磁石粉末が占める割合を低くして、高い磁気特性を得ようという意図に反する。
【００１３】
熱可塑性樹脂の粉末としては、粉末の状態で得られれば、任意の熱可塑性合成樹脂を使用することができる。しかし、なかでも、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）または液晶ポリマーが、製品磁石に高い耐熱性と機械的強度を与える点で有用である。本発明の製造方法においては、熱可塑性樹脂は粒径１〜５０μｍの微粉末の状態で用いることが肝要である。このような微粉末であることにより、熱可塑性樹脂粉末は、粉末磁石の表面に、カップリング剤を介して１層ないし数層の層を形成して密接に付着しており、少量の結合樹脂でできるだけ多量の磁石粉末を結合するという意図が達成できる。上記のような熱可塑性樹脂の微粉末を得るには、単なる機械的な粉砕手段では通常は不十分であって、冷凍粉砕によることが推奨される。
【００１４】
本発明の製造方法は、磁石粉末と熱可塑性樹脂粉末との混合物を圧縮成形するに当たり、
プレス型の温度を高めてプレスする温間成形として実施する。このとき、金型の温度は、熱可塑性樹脂の溶融温度に対して、−１０〜＋２０℃の範囲に選んで実施することが好ましい。樹脂の溶融温度より著しく低いと、温間成形の効果が十分に得られないし、一方であまり高いと、金型の冷却に時間がかかり、生産性が低くなる。プレス金型の昇温および降温は、任意の手段で実現できるが、電熱と冷却水との併用が実際的である。
【００１５】
温間圧縮成形時の圧力は、高い方がより低い空孔率、したがってより高い磁石粉末の容積率を実現する上で有利であるが、設備的な限界もあるから、両者の妥協を図って決定すべきである。通常は温間圧縮成形時の加圧力を１０〜２０ｔ/cm2の範囲とし、それに続く冷却時の圧力を、成形時の圧力と同等またはそれ以上に保持して実施することが好ましい。
【００１６】
本発明の製造方法により、希土類磁石粉末とその表面に適用されたカップリング剤、および希土類磁石粉末を結合する熱可塑性樹脂からなる希土類ボンド磁石が製造できる。この製品磁石は、磁石粉末の含有量が８０質量％以上であり、空孔率が１％以下であるから、［ＢＨ］maxが、熱硬化性樹脂を用いた圧縮成形ボンド磁石並の１１ＭＧＯｅを容易に超えるボンド磁石である。
【実施例】
【００１７】
希土類磁石粉末として、ＭＱＩ社の製造販売にかかるＭＱＩ−Ｂ２粉を用いた。これは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の磁石合金の急冷薄帯を破砕し、いったん熱処理して磁気特性を高めたものを再度粉砕して、平均粒径２５０μｍ（厚さ１〜５０μｍ、長径１０〜５００μｍ、短径２〜１００μｍ）のフレークとしたものである。結合樹脂となる熱可塑性樹脂としてはＰＰＳ（東レ社製「Ｍ３９１０」、溶融温度２８２℃、比重１．３５）を選び、冷凍粉砕を行なって、粒度１０μｍ以下の微粉末としたものを使用した。カップリング剤としては、シランカップリング剤１９ｇをエタノール５００ｇおよびオン交換水６ｇの混合溶媒で希釈した溶液を用意した。
【００１８】
上記のＭＱＩ−Ｂ２粉１９，１８８ｇとＰＰＳ微粉末７５４ｇとを万能混合機に入れ、回転数１００ｒｐｍで１０分間、撹拌混合した。つづいて、上で用意したカップリング剤溶液を混合物に加え、やはり回転数１００ｒｐｍで１０分間、撹拌混合を重ねた。スラリー状態となった混合物に、滑材としてステアリン酸リチウム２８０ｇを添加し、１３０℃に加熱しながら、回転数１００ｒｐｍで３０分間撹拌することにより、乾燥させて粉末状の混合物を得た。
【００１９】
電熱による加熱手段と冷却水の流路とを備えた内径１０mmのダイスと、それに出入する上下のパンチとからなるプレス金型に、上記の粉末状態の混合物３ｇを投入し、パンチで面圧１２kgf/cm2の圧力を加えた状態に保持し、ダイス温度を３００℃に昇温した。目標の温度への到達を確認したのち１０秒間保持し、ダイスを冷却して温度２８０℃とした。温度の降下を確認してから、成型品をダイスから抜き出して、機械加工により高さ７mmの試験片に仕上げた。
【００２０】
この直径１０mm×高さ７mmの円盤状試験片を、直径３０mm×高さ１００mmの空芯コイル内において、着磁電圧１７００Ｖ、コンデンサ容量１６００μＦ（起磁力２５ｋＯｅ）の条件で着磁し、その磁石の磁気特性を、「ＢＨトレーサー」（理研電子社製）を用いて測定した。測定結果を、磁石の密度とともに、下の表に示す。（参考までに、従来の射出形成技術により製造された磁石の代表的なデータを、表にあわせて掲げた。）
測定項目（単位）           測定結果    従来品のデータ  
Ｂｒ（ｋＧ）               ７．２１    ５．７〜６．５
ｂＨｃ（ｋＯｅ）           ５．９２    ４．０〜４．８
ｉＨｃ（ｋＯｅ）           ９．５８    ６．５〜８．０
［ＢＨ］max（ＭＧＯｅ）  １１．２      ６．５〜８．０
密度（ｇ/cm3）             ５．９８    ５．０〜５．５
【００２１】
上記の試験片を１２０℃に１０００時間保持してその間の熱減磁率を測定し、熱減磁曲線を描いて耐熱性をしらべた。測定結果をプロットして、図１に示すグラフを得た。射出成形によるボンド磁石と、従来技術に従う圧縮成形によるボンド磁石との熱減磁率曲線を、図１にあわせて示した。本発明によるボンド磁石が、最良の耐熱性を示している。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例において製造したボンド磁石の熱減磁曲線。
【図１】
2008153406.tif 000002