CN1173028A - 磁各向异性树脂结合型磁体的制造方法 - Google Patents

磁各向异性树脂结合型磁体的制造方法 Download PDF

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Abstract

磁各向异性树脂结合型磁体的制造方法,将各向异性磁粉和热固性树脂混合成坯料,在磁场中,该坯料边定向边被压缩成规定形状,包括工序:坯料在备有定向磁场装置的预成型装置10的预成型模内加热,坯料中的热固性树脂呈熔融状态,在定向磁场作用下,该各向异性磁粉边定向边被压缩成定向预成型体的定向工序,和将定向预成型体运送至成型装置30的成型模具中的运送工序,以及定向预成型体在成型装置20上加热并压缩成规定形状的成型工序。

Description

磁各向异性的树脂结合 型磁体的制造方法
本发明涉及一种磁各向异性的树脂结合型磁体的制造方法。
现有的磁各向异性树脂结合型磁体的制造方法，是在金属制的模具中充填磁粉，为使其易于磁化的轴向与磁场方向一致，将该磁粉置于8-12KOe的静磁场中一定时间，该磁粉在磁力作用下，转动移动并被磁化定向，继之在加有静磁场的情况冲压加工而成形。
例如，日本专利公报特开平7-130566号叙述过如下制作方法：使用橡胶压模在脉冲磁场中进行预成形，然后在静磁场中仍用橡胶模加压成形。这种方法由于使用橡胶压模，冲压时只能附加较低的成形压力(0.8～1.5T/cm2)加压成形。因此难以加工成密度高的成形体，所以难以得到磁性能强的产品。同时由于使用橡胶压模成形，成形体也达不到足够的尺寸精度，而且由于橡胶压模消耗量大，给批量生产带来问题。
日本专利公报特开昭6-147997号叙述过如下磁各向异性稀土类磁体的制作方法：使用附带有脉冲磁场线圈和静磁场线圈的干式冷轧水压装置，在该磁场内进行成形。此种方法也是因为加压时，使用橡胶模具，存在达不到足够的尺寸精度等问题。
另一方面，本发明者也在日本专利公报特开平8-31677号中，针对上述问题，采用金属模具加以改善，提高了尺寸精度，提供了热固性树脂在熔融状态下，在定向磁场中，使磁粉高度定向，以提高磁性能的磁各向异性树脂结合型磁体的制造方法。然而，热固性树脂之熔融并加磁场，又进行加压成形，由于两个工序在同一装置内进行，生产过程中还存在一些问题有待解决。在同一装置中加压成形，也受到金属模具限制。为达到高强度磁场，必须使用柔软的软磁性材料或非磁性材料，而此类材料难以承受足够的压力，所以要得到密度高的成形体有一定困难。
鉴于上述问题，本发明目的在于提供：可制造出保持高磁气性能，又易于批量生产，且具有高尺寸精度的磁各向异性树脂结合型磁体的制造方法。
本发明者对于由各向异性磁粉和热固性树脂混成的坯料，就其中各向异性磁粉的定向问题，进行了反复研究试验，发现坯料中的热固性树脂经加热成熔融状态时，在磁场作用下加压成形，易于得到高定向的各向异性磁粉成形体，并且撤掉磁场后，其高定向性保持不变，从而实现了本发明。
本发明的磁各向异性树脂结合型磁体的制造方法为一种使用各向异磁粉和热固性树脂混成的坯料，在定向磁场中，使各向异性磁粉定向并加压成规定形状的磁各向异性树脂结合型磁体的制造方法。其特征为由以下各工序所组成；备有定向磁场装置的预成形装置，在其预成形模具中，使批料加热到热固性树脂呈熔融状态，同时在定向磁场作用下，使其定向并压缩成预成形体的定向工序，和自预成形装置向成形装置的成形模具内运送定向预成形体的运送工序，以及定向预成形体在成形装置的成形模具中，经加热并压缩成规定形状的成形工序。
本发明所述磁各向异性树脂结合型磁体的制造方法，在其定向工序中，构成坯料的热固性树脂在熔融状态下并在坯料粘性最低状态下受磁场作用。这样，坯料中另一成分磁粉在坯料中易于转动而沿磁场方向定向。之后在这一状态下压缩成具有必要的强度和规定尺寸的此预成形体预成形体以使之能向下一工序运送。经定向后的各向异性磁粉形成链状，在此链状各向异性的磁体粉末周围，尚存在有半固化树脂及微细空间。在最终成形工序中再经在压模内压缩成形，使其微细空间被压实，从而得到高尺寸精度，高度定向的磁各向异性树脂结合型磁体。
本发明磁各向异性树脂结合型磁体的制造方法系基于压缩成形法，即使用由各向异性磁粉和热固性树脂混成的坯料，在定向磁场中，使各向异性磁粉定向并加压成规定形状，即通过压缩成形，使之达到规定形状与尺寸，而通过使用热固性树脂，使各向异性磁粉形成一体。本发明所述磁各向异性树脂结合型磁体的制造方法，由定向工序，运送工序，和成形工序组成。
本发明所述定向工序，使用备有定向磁场装置的预成形装置，此预成形装置也可以考虑为装备有定向磁场装置的压缩成形装置。定向磁场装置和压缩成形装置也可以都使用一般通用的装置。但为了优先考虑定向磁场，它的预成形模具具也可使用适用于定向磁场的软磁性材料或非磁性材料等非理想材料。同时减小压缩成形的压力，从而可对由此类材料制成的模具起到保护作用。
定向工序使用这种预成形装置。此工序中使用充分混和的坯料。组成坯料的热固性树脂以粒径为44μm左右的粉末为宜，其次，各向异性磁粉的粒径在44～425μm范围内较好。具体的热固性树脂可用酚醛树脂，环氧树脂，聚酯树脂等等。各向异性磁粉可用铁素体磁粉，但磁性优良的稀土类磁粉最好，具体的稀土类磁体为Nd-Fe-B系，Sm-Co系，及Sm-Fe-N系磁体。
热固性树脂的配合比例，如整体以100体积％表示时，以10～20体积％较好。热固性树脂的比例高时，磁体的磁性能会降低，反之，如果热固性树脂的配比过低，成形性能会变坏而且会在定向工序中各向异性磁粉定向不充分，会导致磁气性能下降。
在此定向工序中，首先向预成形模具内供给坯料。由于坯料的供给量直接影响尺寸精度，因而必须投入定量准确的坯料。坯料的加热，通过加热预成形体模具，热量经模具传导给坯料。或者在对成形性无不良影响的情况下，采用其它加热手段也可。例如，在预先不加热的情况下，加压成形出预成形体，此未烧结的预成形体在预成形模具外加热后，立刻放入预成形模具内，进行定向工序。
将坯料加磁场及进行加压，都是在热固性树脂粘度最低时进行。热固性树脂由于加热而软化熔融，之后开始固化反应而凝固。加磁场和加压一定在此热固性树脂软化之后和由于固化反应使粘度升高之前进行。固化反应速度，软化时的树脂粘度，都因热固性树脂的种类和促使固化的添加剂而异。因而需选用适合于成形工序及成形条件的热固性树脂。其次，加磁场的时间及加压时间，需根据使用的热固性树脂的种类，进行必要的管理。
定向磁场所用磁场的强度以8～12KOe为宜，脉冲磁场或静磁场皆可，成形压力以1.0～2.0ton/cm2为宜。如此取得的预成形体，磁粉定向充分，形状牢固，易于使用。为使之从预成形模具中容易取出，可以在磁粉定向后进行退磁处理。退磁处理可采用通常方法进行。
本发明的运送工序，是将在预成形装置里压缩成形的定向预成形体，自预成形装置向成形装置运送的工序。此运送工序可使用机械手将定向预成形体自预成形装置运往成形装置，也可以在预成型装置与成形装置之间，设置类似于压力机上的传送装置的定向预成形体运送工具。
定向预成形体经加热后，会开始固化反应，因此须尽快进行成形加工，为此希望运送工序尽快进行。
本发明的成形工序，是将从运送工序送来的预成形体，继续加热压缩成规定形状的磁各向异性树脂结合型磁体的过程。经成形工序后，得到更加致密并且牢固的磁体。成形工序使用成形装置。成形工序所使用的成形装置，也可使用一般的压缩成形装置。成形工序中所用压力应大于定向工序中的压力。为了使热固性树脂和各向异性磁粉达到彻底固化，应将其压力保持时间、加热温度和压力调节至最佳状态。具体为：在压力为7.0～10.0t/cm2时温度为150～180℃，保压时间3～10秒为宜。
成形工序中，成形模具也需加热，在成形模具中，定向预成形体再次加热为宜。在特殊条件下，成形装置配备有定向磁场装置，在小于定向工序中磁场强度的定向磁场作用下，进行压缩成形。
加压成形后的磁各向异性树脂结合型磁体，自成形模具取出后，移入加热炉内再次加热，进行加热工序，使热固性树脂完全固化，最后对制成的磁各向异性树脂结合型磁体实施磁化工序即磁化。
预成形工序以各向异性磁粉的定向为主，成形工序以高压压缩为主。针对不同功能采用不同工序。如此虽与磁场定向和高压成形同时进行的情况不同，但所制得的磁各向异性树脂结合型磁体的磁气特性没有变化。因此，使用本发明的方法，除可使用较代价格的成形装置外，同时可使磁场定向工序和压缩成形工序进行连续化生产，使生产率成倍增长。而且磁场定向用金属模具和高压压缩用金属模具分开，不仅提高了金属模具的使用寿命，而且可以提高产品的尺寸精度。
图面的简要说明
图1：本发明实施例中制造磁各向异性树脂结合型磁体所用成形机的断面图。
图2：使用图1装置能制造的几种主要形状及磁力线方向的斜视图。
图3：磁力线在离心方向成放射状的主要几种磁体的斜视图。
图4：制造图3所示磁体的成形机断面图。
符号说明
10、40：定向磁场装置    20、60：预成形装置
30、80：成形装置        22、52：预成形模具
32、72：成形模具        13、41、42：电磁线圈
下面结合附图说明本发明的实施例
磁性合金的化学成分：Nd占12.7(at％)，B占6.0(at％)Co17.1(at％)，Ga占0.3(at％)，Zr占0.1(at％)，其余为Fe，(合金全体按100原子％)。将此合金原料投入圆穴电弧炉中熔解，铸成合金锭，将合金锭在1100进行40小时均质化处理
合金的吸氢处理，氢气压力在0.5(kgf/cm2)下，1小时内将温度从室温升至800℃，在800℃保持3小时后，将氢气压力降至5×10-5，温度为800℃再保持30分钟进行脱氢处理后，将温度急聚降低至室温。所得合金原料用研磨钵轻轻研碎成平均粒度为150μm的磁粉。
将上述磁粉(占80体积％)、Epicoat 1004号树脂和固化剂DDM(油化Shell公司制)以及硅类的连结材料(合计20体积％)调制成坯料。
本实施例所用装置如图1所示，此装置由备有定向磁场装置10的预成形装置20，和成形装置30组成。预成形装置20是由带加热源21，由中央通孔分隔形成的成形孔23，筒状预成形模具22，和由此成形孔23上端开口插入的上冲头24，下端开口插入的下冲头25形成的加压装置26所组成。上冲头和下冲头相向运动进行加压。
定向磁场装置10是由在水平方向挟持预成形模具的一对磁极11，12，和供给磁极11，12磁力的电磁线圈13组成。预成形模具的本体22，由珀明德铁钴系高导磁率合金(Permedure)或纯铁制成，其内表面22′由非磁性合金制成。成形孔23的断面为7×7mm。
成形装置23，是由带加热源31，由中央通孔分隔形成的成形孔23，筒状成形模具32，和由此成形孔33上端开口插入的上冲头34，下端开口插入的下冲头35形成的加压装置36所组成。上冲头和下冲头相对运动进行加压。成形模具32是由超硬合金(WC-Co系)，或合金工具钢(SKD61)制成。成形孔断面为7×7mm。
用上述装置压制成如图2(B)斜视图所示的圆柱形的磁各向异性树脂结合型磁体。此磁体为7×7mm，高7mm，如图2(B)箭头所指，相对两侧面为N极和S极。使用此成形装置，用上述坯料，按表1所列预成形条件，制成预成形体，立即用机械手送至成形装置中，按表1所列成形条件，压缩成形。表1所列预成形温度和成形温度皆为150℃，成形温度就是预成形模具22和成形模具32的温度。其次就试料No.1～试料No.6而言，其预成形压力在1.0～6.0T/cm2范围内，成形磁场强度为10～15KOe，成形压力为9.0T/cm2不变，无付加成形磁场。之后，施加场强为20KOe的成形磁场。这里确认了预成形工序中，坯料投入模具约20秒后，坯料具有最低温度。
试料No.11～No.13不进行预成形，使用预成形装置20直接进行成形加工。成形压力8.5t/cm2保持不变，施加10、15及20Koe的成形磁场。
预成形过程为，坯料放入预成形模具具22的成形孔23内，在投入后10秒内加成形磁场作用，并持续30秒，成形压力在投入后20秒时开始加压，并持续10秒。对于试料No.1～No.6的最终成形，在预成形体制成2秒后，放入成形模具，经过10秒后持续加压20秒，另外，对于试料No.11～No.13，坯料放入预成形模具具22的成形孔23内，在投入后10秒时加成形磁场作用，并持续50秒，成形压力在投入后20秒时开始加压，并持续30秒。
由上例所得各磁各向异性树脂结合型磁体的磁特性如表2所示。
预成形压力降低到6.0t/cm2以下，成形压力9t/cm2不加成形磁场，如此制成的试料No.1～No.6，其各自的磁特性与采用成形压力8.5t/cm2，施加10～20KOe的成形磁场，一次加压成形的试料No.11～No.13，其磁特性几乎相同。
上述结果表明，施加成形磁场，使用较低压力制成预成形体，然后不加成形磁场，采用较高压力进行成形加工，也可得到具有优良磁性能的磁各向异性树脂结合型磁体。这一结论意味着，预成形模具可以选用磁气易于通过，而通常高压模具无法使用的模具材料，如此可使包括有预成形装置，和成形装置在内的总体装置，易于制造，并可减少其造价。
在定向磁化时间较加压成形时间长的情况下，预成形和成形两次加压成形时，制造一个磁各向异性树脂结合型磁体，所需时间与在一个成形装置上制造所需时间相同。如此，预成形加压与成形加压在同一时间分别进行时，原来制造一个的时间，可以制造两个，亦即使用备有定向磁场的预成形装置，生产率可以提高一倍。
用本发明的方法制造的磁各向异性树脂结合型磁体，系使用高精度，高强度成形模具，因而产品具有极高的尺寸精度。
使用如图1所示装置，制成图2(A)、图2(C)及图2(D)所示形状的磁各向异性树脂结合型磁体，其N极和S极方向与加压方向正交。
表1
              预成形              最终成形
  试料No.   成形温度(℃)   成形压力(t/cm2)  成形磁场(KOe)   成形温度(℃)   成形压力(t/cm2) 成形磁场(KOe)
    123456     150150150150150150     1.02.03.04.05.06.0     101010151515     150150150150150150     9.09.09.09.09.09.0     000000
    111213     ---     ---     ---     150150150     8.58.58.5     101520
        表2
   试料No.     磁性能(BH)max(MGOe)
    123456     17.517.617.216.716.516.5
    111213     16.517.017.5
图3(D)及图3(E)所示的磁力线向放射方向伸展的磁各向异性树脂结合型磁体，可由图4所示装置制作。
图4所示装置，由备有定向磁场装置40的预成形装置50，和成形装置70组成。预成形装置50，是由带加热源51，由中央通孔分隔形成的成形孔53，圆筒状预成形模具52，和从成形孔53上侧开口，作为轴芯插入的上芯棒54，从下侧开口作为轴芯插入并与圆柱形上芯棒54接触的圆柱形下芯棒55，成形孔53的内圆周面和上芯棒54的外圆周面之间的筒着成形空间，从此成形空间上侧开口插入的筒状上冲头56，及成形孔53的内圆周面，和下芯棒55的外圆周面之间的筒状成形空间，从此成形空间下侧开口插入的筒状下冲头57，上冲头56上端与上冲头基部58焊接成一体，下冲头57的下端，以螺丝与下冲头基部59紧固成一体。使上芯棒54及下芯棒55相对方向加压的加压装置60，以及上冲头基部58，和下冲头基部59相对方向加压的冲头加压装置61等组成。
定向磁场装置40是以预成形模具52为中心，在轴向相对组成的电磁线圈41，42，和供给此磁极11，12磁力的电磁线圈13所组成。预成形模具22，上冲头56，及下冲头57，用非磁性材料制成。上芯棒54，下芯棒55，上冲头基部58及下冲头基部59，由磁性材料组成。
在此预成形装置50中，从电磁线圈41发出的磁力线，通过上冲头基部58，及上芯棒54，自上芯棒按离心方向，成放射状通过成形孔53进入预成形模具52，之后从预成形模具返回电磁线圈41。另方面从电磁线圈42发出的磁力线，通过下冲头基部59，及下芯棒55，自下芯棒55，按离心方向成放射状通过成形孔53，进入预成形模具52。之后从预成形模具52返回电磁线圈42。如此，在预成形装置50的成形孔53，磁力线按离心方向成放射状延伸，因此可以制成在预成形体内圆周面一侧形成一个磁极，在另一侧的外圆周面形成另一个磁极的磁各向异性树脂结合型磁体的预成形体。
成形装置70，是由带加热源71，由中央通孔分隔形成的成形孔73，圆筒状成形模具72，和从成形孔73的上侧开口，作为轴芯插入的上芯棒74，从下侧开口作为轴芯插入并与圆柱形上芯棒74接触的圆柱形下芯棒75，成形孔73的内圆周面和上芯棒74的外圆周面之间的筒状成形空间，从此成形空间上侧开口插入的筒状上冲头76，及成形孔73的内圆周面，和下芯棒75的外圆周面之间的筒状成形空间，从此成形空间下侧开口插入的筒状下冲头77，上冲头76上端以螺丝与上冲头基部78紧固成一体，下冲头77的下端，与下冲头基部79焊接成一体。使上芯棒74及下芯棒75相对方向加压的加压装置80，以及上冲头基部78，和下冲头基部79相对方向加压的冲头加压装置81等组成。
此成形装置70，使用经预成形装置50压缩成形的预成形体，进行高压压缩成形。此成形装置不设定向磁场装置。
本发明的磁各向异性树脂结合型磁体的制造方法所用的成形装置，不限于图1及图4所示的装置。一般熟知的带有定向磁场的压缩成形装置，可以用作本发明的预成形装置，而不带定向磁场装置的压缩成形装置，可以作为本发明的成形装置使用。

Claims (6)

1.具有磁各向异性的树脂结合型磁体的制造方法，即由磁各向异性磁粉和热固性树脂混成的坯料，在定向磁场中，该磁各向异性磁粉边定向边被压缩成规定形状的磁各向异性树脂磁体，其特征在于包括如下工序：
坯料在备有定向磁场的预成形装置的预成形模中，经加热，坯料中的热固性树脂呈熔融状态，在定向磁场作用下，该各向异性磁粉边定向边被压缩成定向预成形体的定向工序，和定向预成形体自预成形装置运送至成形装置的成形模内的运送工序，以及在成形装置中，定向预成形体经加热成半熔融半固化状态，然后被压缩成规定形状的各向异性树脂磁体的成形工序。
2.如权利要求1中所述的磁各向异性树脂磁体的制造方法，其特征在于在其定向工序中，该各向异性磁粉经定向后，进行消磁处理。
3.如权利要求1中所述的磁各向异性树脂磁体的制造方法，其特征在于包括该磁各向异性树脂磁体经加压成形工序之后，进行加热而使之完全固化的固化工序。
4.如权利要求1中所述的磁各向异性树脂结合型磁体的制造方法，其特征在于包括对经加压成形后的磁各向异性树脂磁体进行磁化的磁化工序。
5.如权利要求1中所述的磁各向异性树脂磁体的制造方法，其特征在于成形工序所用的压缩成形压力大于定向工序中的压缩成形压力。
6.如权利要求1中所述的磁各向异性树脂磁体的制造方法，其特征在于其成形工序的压缩成形，在无磁场或在较定向工序的磁场为弱的磁场中进行。
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