JP2000323315A - フェライト系ゴム磁石 - Google Patents
フェライト系ゴム磁石Info
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Abstract
型フェライト相若しくはマグネタイト相との複合粉末を
使用し、従来のM型フェライトでは得られない優れた磁
気特性をもつ、フェライト系ゴム磁石の提供。 【構成】Aを2価のアルカリ土類金属イオン好ましくは
Ba、Sr、Ca或いはPbのうちの1又は2以上と
し、Bを2価の金属イオン好ましくはFe、Co、N
i、Mn、Mg、Cr、Cu、Znのうちの1又は2以
上としたとき、組成式AO・n(BO)・m(Fe2O
3)で表され、係数nが1.1以上2.5以下の値を有
し、かつ係数mが7.2以上8.8以下の値を有するフ
ェライト系粉末材料において、一般式AO・2(BO)
・8(Fe2O3)で表されるW型フェライト相に、一
般式AO・6Fe2O3で表されるM型フェライト相と
組成式Fe3O4で表されるマグネタイト相の一種また
は二種が複合して存在する複合粉末と、成形体質量に対
して8〜40%のゴムとを混練成形して成るフェライト
系ゴム磁石。
Description
W型フェライト相に、M型フェライト相若しくはマグネ
タイト相を複合させて成る、従来のM型フェライトより
優れた磁気特性をもつ、フェライト系ゴム磁石に関す
る。
マグネトプランバイト型六方晶の結晶構造をもつ、いわ
ゆるM型フェライトは、安価な焼結磁石や、プラスチッ
ク磁石、或いはゴム磁石として現在様々な分野に多用さ
れている。近年、省エネルギーや環境保護の面において
各種機器の小型化が求められており、従ってそれらに使
用される磁石の高性能化も益々必要となっている。しか
し、上記M型フェライトでは飽和磁化が小さく現状以上
の高性能化、例えば焼結磁石では38kJ/m3(4.
8MGOe)以上、ゴム磁石においては13kJ/m3
(1.6MGOe)以上の最大磁気エネルギー積を得る
ことが困難であった。
表的なフェライト材料として、例えば主成分がBaO−
FeO−Fe2O3の三元系から成る、4種類の六方晶
結晶構造のフェライト(W型、X型、Y型、Z型)が知
られている。その内、W型フェライトは従来のM型と類
似の構造をもち、M型に対して10%大きい飽和磁化を
もっているが、実用化に至っていない。
(1980) 5913)は、BaO・2(FeO)・8Fe2O
3で表されるW型フェライトを提案した。しかし、複雑
な焼成雰囲気の制御が必要とし、その最大磁気エネルギ
ー積は34.4kJ/m3(4.3MGOe)であり、
従来のM型フェライトの特性に留まっている。また、豊
田(特開平9−260124号公報参照)は、還元剤と
してのカーボン添加と非酸化性雰囲気中焼成によって、
SrO・2(FeO)・nFe2O3組成のW型フェラ
イト焼結磁石を製作した。その最大磁気エネルギー積は
42.4kJ/m3(5.3MGOe)と優れたもので
あったが、保磁力は200kA/m(2.5kOe)で
従来のM型フェライトの一般的水準である240〜32
0kA/m(3〜4kOe)より低いものであった。
ライト磁石において、高い磁気特性を得るためには磁石
成形体中の磁粉占積率を増やすか、或いは磁粉の配向度
を上げることが必要である。しかし、磁粉率を増やすと
磁石強度や生産性が低下する、或いは配向度が下がるた
めに、磁粉量の上限制約がある。従って、圧延成形法に
よるゴムフェライト磁石においての現状水準、およそ1
3kJ/m3(1.6MGOe)を超える磁気特性を得
るためには、高性能な磁粉が不可欠となっている。現在
のところ、W型フェライトの焼結磁石の知見はあるが、
実際にW型フェライトを用いたゴムフェライト磁石の磁
気特性や具体的な製造方法についての報告例はほとんど
みられない。
ライト相と、M型フェライト相若しくはマグネタイト相
との複合粉末を使用し、従来のM型フェライトでは得ら
れない優れた磁気特性をもつ、フェライト系ゴム磁石の
提供を目的とする。
めに、本発明は、Aを2価のアルカリ土類金属イオン好
ましくはBa、Sr、Ca或いはPbのうちの1又は2
以上とし、Bを2価の金属イオン好ましくはFe、C
o、Ni、Mn、Mg、Cr、Cu、Znのうちの1又
は2以上としたとき、組成式AO・n(BO)・m(F
e2O3)で表され、係数nが1.1以上2.5以下の
値を有し、かつ係数mが7.2以上8.8以下の値を有
するフェライト系粉末材料において、一般式AO・2
(BO)・8(Fe2O3)で表されるW型フェライト
相に、一般式AO・6Fe2O3で表されるM型フェラ
イト相と組成式Fe3O4で表されるマグネタイト相の
一種または二種が複合して存在する複合粉末と、成形体
質量に対して8〜40%のゴムとを混練成形して成るフ
ェライト系ゴム磁石を提供する。また、上記フェライト
複合粉末の平均粒径が0.3〜3ミクロンの範囲にある
フェライト系ゴム磁石を提供する。さらに前記フェライ
ト系ゴム磁石の混練成形工程において、外部から磁界を
作用させる、若しくは機械的な応力を加えることによっ
て磁気的な異方性を付与せしめたフェライト系ゴム磁石
を提供する。
て、図1乃至図5を用いて詳細に説明する。まず、組成
式AO・n(BO)・mFe2O3においてW型フェラ
イト相を得るためには、AをBa、Sr、Caの2価ア
ルカリ土類金属イオン、或いはPbとし、BをFe、C
o、Ni、Mn、Mg、Cr、Cu、Znの2価金属イ
オンとする必要があり、他のイオン種ではW型フェライ
トを得ることが極めてむつかしい。このことは、W型と
類似の結晶構造をもつ従来のM型フェライトの従前の研
究実績から推察される。
M型フェライト構造とは異なり2価の金属イオンの存在が
必須であり、従って適正なn値が必要とされる。実験的
には、1.2≦n≦2.5の範囲において良好なW型フェ
ライトが得ることができ、n<1.2の場合、M型フェラ
イト相、n>2.5の場合B3O4の様な(B=Feの場合、マ
グネタイト)Bの一部が2価である酸化物などが安定生成
してしまう。また所望の磁気特性を得るためのm値の適正
範囲は7.4≦m≦8.8であり、m<7.4ではM型フ
ェライト相が過剰に生成し、8.8<mではヘマタイト
相が過剰に生成して、磁気特性が低下することが実験的
に判明した。
しくはマグネタイト相それぞれの複合比率は、各物質固
有の飽和磁化と保磁力の値に従って決まる。Sr系W型
フェライトの飽和磁化は0.52Tであり、保磁力はお
よそ160〜280kA/mとされている。またSr系
M型フェライトとマグネタイトの飽和磁化は、それぞれ
0.47T、0.60T、保磁力はおよそ240〜32
0kA/m、100kA/m以下と見積もられている。
即ち、W型フェライトとM型フェライト若しくはマグネ
タイトとの複合粉末の磁気特性は、これら3者の混在比
率によって調整される。
ト粉末よりも優れた磁気特性を有するためには、W型フ
ェライト相のモル比を適正にきめる必要がある。図1
(a)(b)に、Sr系フェライト粉末におけるW型フ
ェライト相とM型フェライト相のモル比と、磁気特性と
の関係を、また図2(a)(b)にSr系フェライト粉
末におけるW型フェライト相とマグネタイト相のモル比
と、磁気特性との関係を示す。後述するように、W型フ
ェライト相と各相の生成比率は仮焼温度と雰囲気中の酸
素濃度によって変化する。試料は、SrCO3とFe2
O3を1:10のモル比で混合した原料粉末を、酸素濃
度400ppmの窒素ガス中、1150〜1275℃で
3時間仮焼し、0.7(mに粉砕した後、600℃で2
時間熱処理を行った。磁気特性は振動試料型磁力計を用
いて測定し、W型フェライトのモル比はX線回折強度か
ら算定して求めた。図1(b)および図2(b)から明
らかなように、いずれの場合にもW型フェライト相が7
0mol%以上であるとき、最大磁気エネルギー積(BH
max)が38kJ/m3以上の優れた磁気特性が得ら
れた。
磁粉として使用するためには充分な保磁力を有すること
が必要である。フェライト磁石は単磁区粒子型の保磁力
発生機構をもつため、一般的には単磁区粒子径に相当す
る1(m前後に粉砕して用いられる。図3(a)(b)
に、Sr系W型フェライトの平均粉末粒径と、磁気特性
の関係を示す。なお、試料は図1で製作した仮焼物を時
間を変えてアトライタ粉砕して得た。図3(b)から、
保磁力は粉末粒径の減少に従って増加し、3(m以下の
場合に実用的に必要最小限な160kA/mが、さらに
2(m以下では充分とされる200kA/mの値が得ら
れた。また、図3(a)から最大磁気エネルギー積は粒
径の減少に従って増加するが、過度に粉砕すると歪みの
影響などによって残留磁化が低下するために、約0.5
(mを境にして減少に転ずる。従って、38kJ/m3
以上の優れた磁気特性を得るには、粉末粒径を0.3〜
3(mの範囲に設定する必要がある。
複合フェライト粉末とゴムとの混合比率は、得られる磁
気特性と生産性の面から決まるものであり、また圧延や
押し出し等の成形方式や、ゴムの種類にも依存する。表
1に、フェライト系ゴム磁石のゴム量と磁気特性との関
係を示す。試料は、90mol%のW型フェライト相と1
0mol%のM型フェライト相から成る1.1(m粒径の複
合粉末に、少量のシランカップリング剤と4〜50質量
%のポリイソプレンゴムを混合混練してペレットとした
後、ロール圧延機を使用して厚さ0.5mmに圧延成形
して、シート状異方性磁石を製作した。
量%では混練物の流れ性が悪く完全な形状の成形体を得
ることができず、50質量%では成形は容易にできる
が、磁粉の体積率が減少して良好な磁気特性が得られな
い。このため、本発明では成形体に対するゴムの適正比
率を8〜40質量%とした。
や、熱可塑性エラストマーを意味し、一般的な性質とし
てガラス転移点が室温より低く、ヤング率は1〜10MP
a程度である。種類は、天然ゴム、ポリイソプレンゴ
ム、ブチルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム(N
BR)、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、ニト
リルゴム、シリコンゴムや、スチレン系、オレフィン
系、塩化ビニル系、ポリエステル系などのエラストマー
が用途に従って使用される。
表的な製法を以下に説明する。まず、SrCO3とFe
2O3原料粉末を、仮焼後に主相の組成がほぼSrO・
2(FeO)・8Fe2O3(W型フェライト)、副相
がSrO・6Fe2O3(M型フェライト)とFe3O
4(マグネタイト)となるように、所定のモル比で混合
する。この場合には、SrCO3とFe2O3粉末のモ
ル比はおよそ1:9.5前後である。
℃で仮焼する。W型フェライトは、既に知られているよ
うにM型フェライトと異なり大気中では容易に生成され
ず、従って酸素濃度を低く抑える必要があるので、窒素
ガスやアルゴンガスなどの非酸化性雰囲気中か真空中、
若しくは水素やアンモニアガスなどの還元性雰囲気中で
仮焼を行う。生成相と、これら温度と酸素濃度の関係に
ついては、温度が高く酸素濃度が低いとマグネタイトが
多く生成し、一方温度が低く酸素濃度が高いとM型フェ
ライトとヘマタイト(Fe2O3)が多く生成し、W型
フェライト相はその中間領域で生成する。
ける雰囲気中酸素濃度と、磁気特性の関係を示す。試料
は、SrCO3とFe2O3をモル比で1:9.5に配
合した原料粉末を、温度1250℃で3時間、窒素ガス
を流しながら酸素濃度50ppm〜3%の範囲で仮焼
し、アトライタ粉砕によって0.8(mの粉末試料を得
た。さらに歪みを取るために窒素雰囲気中で700℃で
3時間熱処理を行った。図4から明らかなように、最大磁
気エネルギー積(BHmax)は、仮焼雰囲気中の酸素
濃度の減少に従って向上し、およそ2%以下の範囲で3
8kJ/m3以上の優れた磁気特性が得られた。この理
由は、酸素濃度を低く抑えることによりM型フェライト
の生成が抑制されて、W型フェライトの存在比が高まっ
たためと解釈される。
て、アトライタやボールミル、或いはジェットミルなど
が湿式乾式問わずに採用できる。粉末粒径は、0.3〜
3(m、好ましくは0.5〜2(mとすることにより所望
の磁気特性を得ることが容易になる。なお、これまでの
記述においてはSrOとFe2O3の混合原料を仮焼反
応させたときに、W型とM型フェライトおよびマグネタ
イト各相が混相となって析出しており、微粉砕によって
各相単独の粉末粒子が分離抽出されて得られる場合を記
した。本発明においては、上記方法によらずM型フェラ
イト粉末若しくはマグネタイト粉末をそれぞれ別個に製
作し、後で混合しても差し支えない。
子の表面改質のために、300〜1100℃の温度範囲
でフェライト粉末の熱処理を行うことが、磁気特性の改
善にとって有効である。図5に、平均粒径1.0(mの
Sr系W型フェライト粉末を、酸素濃度150ppmの
窒素雰囲気中で、温度400〜1000℃で2時間熱処
理を行った場合の、保磁力の関係を示す。図5から、粉
砕後の熱処理が保磁力の向上に効果あることが明らかで
ある。
少量のシランカップリング剤を添加混合し、混合物を混
練しペレット状に破砕した後、圧延成形してゴム磁石を
製作する。ゴムの種類としては天然ゴム、ポリイソプレ
ンゴム、ブチルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム
(NBR)、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、
ニトリルゴム、シリコンゴムや、スチレン系、オレフィ
ン系、塩化ビニル系、ポリエステル系などのエラストマ
ー等がある。カップリング剤としてはシラン系、もしく
はチタン系薬品が、また磁粉の表面改質や強度の改良の
ために可塑剤、滑剤等の添加剤が用いられることがあ
る。他の成形法では、押し出し成形を用いても所望の磁
石を得ることができる。
9.5のモル比で混合した原料粉末を、酸素濃度150
ppmの窒素雰囲気中、1300℃で3時間仮焼し、ア
トライタによって湿式粉砕して平均粒径0.9(mの粉
末を得た。この粉末を200℃で乾燥後、上記窒素雰囲
気中、900℃で2時間熱処理を行った。得られた粉末
の、X線分析によるモル比は、W型フェライト92%と
マグネタイト7%、その他不純物1%であった。また、
振動試料型磁力計による磁気測定の結果はBHmax=
39.8kJ/m3、Br=0.47T、HcJ=20
3kA/mであった。上記粉末に、11質量%のポリイ
ソプレンゴムと0.1質量%のシランカップリング剤を
添加混合し、2軸混練機と破砕機を用いてペレットを製
作した。続いて、ロール圧延機を使用して、シート長手
方向に400kA/mの磁界を作用させ、150℃の温
度で厚さ1.0mmのシート状の異方性磁石を得た。こ
の磁石の一部を切断して磁気測定をした結果、BHma
x=14.8kJ/m3、Br=0.28T、HcJ=
212kA/mであり、従来のM型フェライトゴム磁石
より優れた磁気特性を示した。
1:9のモル比で混合した原料粉末を、酸素濃度150
ppmの窒素雰囲気中、1250℃で3時間仮焼し、ア
トライタによって湿式粉砕して平均粒径0.9(mの粉
末を得た。この粉末を200℃で乾燥後、上記窒素雰囲
気中、900℃で2時間熱処理を行った。得られた粉末
の、X線分析によるモル比は、W型フェライト90%と
M型フェライト9%、その他不純物1%であった。ま
た、振動試料型磁力計による磁気測定の結果はBHma
x=40.8kJ/m3、Br=0.47T、HcJ=
231kA/mであった。上記粉末に、12質量%のニ
トリルゴムと0.1質量%のシランカップリング剤を混
合し、押出し機を使用して放射状に異方性をもつ円筒状
磁石を得た。この磁石の磁気特性は、BHmax=1
4.3kJ/m3、Br=0.28T、HcJ=228
kA/mであった。
質量%のNBRと0.2質量%のチタンカップリング剤
を混合し、ロール圧延機を使用して150℃の温度で厚
さ0.2mmのシート状の異方性磁石を得た。この磁石
の磁気特性は、BHmax=14.0kJ/m3、Br
=0.27T、HcJ=219kA/mであった。
フェライト相若しくはマグネタイト相を複合した粉末を
用いたフェライト系ゴム磁石は、従来のM型フェライト
磁石では得られなかった高い磁気特性を有するため、高
性能で且つ安価なゴムフェライト磁石の提供を可能にす
るものである。
における、W型フェライト相とM型フェライト相のモル
比と、磁気特性との関係図である。
における、W型フェライト相とマグネタイト相のモル比
と、磁気特性との関係図である。
平均粉末粒径と、磁気特性の関係図である。
雰囲気中酸素濃度と、磁気特性の関係図である。
度と、保磁力の関係図である。
Claims (3)
- 【請求項1】Aを2価のアルカリ土類金属イオン好まし
くはBa、Sr、Ca或いはPbのうちの1又は2以上
とし、Bを2価の金属イオン好ましくはFe、Co、N
i、Mn、Mg、Cr、Cu、Znのうちの1又は2以
上としたとき、組成式AO・n(BO)・m(Fe2O
3)で表され、係数nが1.1以上2.5以下の値を有
し、かつ係数mが7.2以上8.8以下の値を有するフ
ェライト系粉末材料において、一般式AO・2(BO)
・8(Fe2O3)で表されるW型フェライト相に、一
般式AO・6Fe2O3で表されるM型フェライト相と
組成式Fe3O4で表されるマグネタイト相の一種また
は二種が複合して存在する複合粉末と、成形体質量に対
して8〜40%のゴムとを混練成形して成ることを特徴
とする、フェライト系ゴム磁石。 - 【請求項2】上記フェライト複合粉末の平均粒径が0.
3〜3ミクロンの範囲にあることを特徴とする、請求項
1に記載のフェライト系ゴム磁石。 - 【請求項3】前記フェライト系ゴム磁石の混練成形工程
において、外部から磁界を作用させる、若しくは機械的
な応力を加えることによって磁気的な異方性を付与せし
めたことを特徴とする、請求項1に記載のフェライト系
ゴム磁石。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11130123A JP2000323315A (ja) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | フェライト系ゴム磁石 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11130123A JP2000323315A (ja) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | フェライト系ゴム磁石 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000323315A true JP2000323315A (ja) | 2000-11-24 |
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ID=15026507
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---|---|---|---|
JP11130123A Pending JP2000323315A (ja) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | フェライト系ゴム磁石 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000323315A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002063641A1 (fr) | 2001-02-07 | 2002-08-15 | Sumitomo Special Metals Co., Ltd. | Aimant permanent et procede de production dudit aimant |
CN1321088C (zh) * | 2004-12-03 | 2007-06-13 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 纳米w型铁氧体粉体的低温燃烧制备方法 |
-
1999
- 1999-05-11 JP JP11130123A patent/JP2000323315A/ja active Pending
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