JP2002270447A - ボンド磁石用組成物及びそれより得られるボンド磁石 - Google Patents

ボンド磁石用組成物及びそれより得られるボンド磁石

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 配向度が高く、優れた磁気特性を有するゴム
磁石を提供する。 【構成】 磁気異方性磁性粉末と可撓性を有するバイン
ダーからなるボンド磁石用組成物において、該バインダ
ーを撹拌混練機に充填して回転させたときの所要トルク
(混練トルク)対温度特性曲線における2次導関数が最
大となる温度T より高温側と低温側の該曲線の傾きを
それぞれa、及びaとしたとき、α≡a /a
≧10となるαを具備することを特徴とするボンド磁
石用組成物。但し、aはTより30℃高温におけ
る、aはTより20℃低温における、該特性曲線の
接線の傾きである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は磁気異方性を有する磁石
粉末とバインダーからなるボンド磁石組成物と、それを
磁場中で成形することによって得られる可撓性を有する
ボンド磁石に関する。
【0002】
【従来の技術】異方性の磁石粉末を用いたゴム磁石を成
形するとき、加熱してバインダーを流動状態にして成形
を行い、成形時もしくは成形後に外部磁場を与えて磁性
粉末の配向を行うことで残留磁束密度の高いゴム磁石を
得ることができる。このとき磁石粉末はバインダと磁石
粉末からなる組成物の流動性が高い状態で磁場成形を行
うことが先ず必要とされる。ところが、それが可能であ
ったとしても理論的に期待される程の残留磁束密度が達
成され得ないことがあった。
【0003】ゴム磁石は一般的に押し出し成形で製造さ
れることが多く、通常の押し出し成形では磁性粉末の配
向と有機バインダ内での固着が連続的に成される。その
ため、使用される有機バインダは成形温度領域での流動
性が温度に対して大きく変化しないことが好ましい。し
かしながらそのようなバインダを使用した場合には、外
部磁場によって磁石粉末が一旦は完全に配向しても、全
ての磁石粉末をバインダ内に十分配向状態のまま固定す
る事は困難であり、一部の磁石粉末は外部磁場を取り除
いた後に磁性粉末同士の磁化によって反発し、配向の乱
れを生じる。また、この配向の乱れは磁石粉末の磁化が
高いほど生じやすい。そのため、高い磁化を有する異方
性磁石粉末の高い配向度のゴム磁石を得ることは容易で
はなく、磁石粉末の充填量に対して十分な磁気特性のゴ
ム磁石が得られていないのが現状である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
ゴム磁石の問題点を解決し、配向度が高くより優れた磁
気特性を有するゴム磁石を提供する事を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、ゴム磁石の
配向度について鋭意検討を行った結果、その配向度の低
下は、磁場成形中に配向が成された磁石粉末が外部磁場
を取り除いた後に磁石粉末同士の磁化によって反発する
ことで主として起こることを見出した。そこで、配向度
の低下を防ぐには使用するバインダーは明確な融点を有
し、融点付近の温度域で粘度の温度依存性が大きく変化
するようなバインダーを用いることが必要であるとの知
見を得た。すなわち、ゴム磁石等可撓性のあるボンド磁
石に用いられるバインダーは、磁場配向を行うような温
度域では高い流動性を有し、成形時の多少の温度変化に
対しては流動性が大きく変化せず、さらには磁場配向後
の温度低下時に磁石粉末を速やかに固着することができ
るような粘度特性が必要とされ、それにより磁石粉末の
配向が良好に実施できることを見出し本発明を完成し
た。
【0006】すなわち、本発明のボンド磁石用組成物
は、請求項1に記載するように、磁気異方性磁性粉末と
可撓性を有するバインダーからなるボンド磁石用組成物
において、該バインダーを撹拌混練機に充填して回転さ
せたときの所要トルク(混練トルク)対温度の特性曲線
における2次導関数が最大となる温度Tcより高温側と
低温側の該曲線の傾きをそれぞれa、及びaとした
とき、α≡a /a≧10となるαを具備すること
を特徴とするボンド磁石用組成物。但し、aはT
り30℃高温における、aはTより20℃低温にお
ける、該特性曲線の接線の傾きである。
【0007】そして、本発明は以下の条件を満たすこと
が更に好ましい。請求項2に記載するように、磁気異方
性磁性粉末は、残留磁束密度が6kG以上であること。
請求項3に記載するように、磁気異方性磁性粉末は、平
均粒子径が10μm以下であること。請求項4に記載す
るように、前記ボンド磁石組成物に占める前記磁気異方
性磁性粉末の量は30体積%以上であること。請求項5
に記載するように、前記磁気異方性磁性粉末は、Sm−
Fe−N系の合金粉末であること。請求項6に記載する
ように、請求項1乃至5に記載のボンド磁石組成物を成
形して得るボンド磁石であること。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明を図1を参照して説明す
る。図1の曲線A、Bは典型的バインダーの混練トルク
対温度特性曲線を示している。何れの曲線ともバインダ
ーの温度が上昇するにつれて粘度は低下しているが、曲
線Aは低温域から高温域までなだらかに粘度が低下して
いるのに対し、曲線Bは低温域においては急激に粘度の
低下が起こり、高温域では粘度はなだらかに低下する。
定性的には、本発明に採用するバインダーは曲線Bの型
である。すなわち、高温域で低粘度であることにより流
動性が高く磁場成形中での配向が容易であり、外部磁場
を取り除いた後のバインダーの温度低下時に速やかに粘
度が上昇して、配向の乱れを起こさないようなバインダ
ーの選択である。
【0009】すなわち、明確な粘度の変化点(融点)を
有し、この変化点よりも高温域における曲線の傾きは小
さく、逆に変化点よりも低温域における曲線の傾きは大
きく、前者に対する後者の比の値は大きいことが必要条
件となる。
【0010】さらに、定量的な表現をすれば、本発明に
使用すべきバインダーは、粘度対温度特性曲線の2次導
関数が最大となる温度Tより高温側と低温側の該曲線
の傾きをそれぞれa、及びaとしたとき、α≡a
/a ≧10となるようなバインダーを選択する。
2次導関数が最大となる温度とは、曲線が最大に折れ曲
がる点における温度に相当する。
【0011】従って、Tの定義は上述したとおりであ
るが、簡便には作図法により近似的に求めることが可能
である。曲線Bの高温域における接線と、曲線Bの低温
域における接線を作図により求め、その交点をTとし
ても大きな差はない。そして図1に示すようにTより
も30℃高温である曲線における接線を作図法にて求
め、傾きaを求め、Tよりも20℃低温である曲線
における接線を作図し傾きaを求め、α=a/a
を算出する。このようにして求めた値が10以上である
ことが本発明に適用できるバインダーの条件である。
【0012】ここで測定されるバインダーの混練トルク
は、バインダーを撹拌混練機に充填して回転させたとき
の所要トルクを意味するが、基本的には粘度が大きい塑
性物質の粘度(粘性率)測定に用いられるプラストメー
タであって回転体の受ける粘性抵抗の測定装置を用い
る。
【0013】次に、各種バインダーについて、回転トル
クの温度依存性を上述した方法を用いαの値を測定した
結果を表1にまとめる。ここで回転トルクの測定にはブ
ラベンダー社製プラストグラフを使用した。表1に列挙
したバインダー(11.8重量%)と、SmFeN系磁
石粉末(88.0重量%)、及び滑剤(0.2重量%)
を混合してペレット化したものを外部磁場10kOeを
30秒印加して射出成形行い、10φ×7tの円柱状成
形体を得た。得られたボンド磁石の残留磁化の大きさを
表1にまとめる。
【0014】
【表1】
【0015】残留磁化の大きさとαの関係を図2にプロ
ットした。α値の増加と共に残留磁束密度は増加し、1
0を超えるとほぼ一定した値を示している。同じ磁石粉
末を使用してできるボンド磁石の残留磁束密度にこれほ
どの差があるのは、ボンド磁石の磁石粉末の配向度が異
なるためであると考えられる。ここでいう配向度とは磁
石成形体に含まれる異方性磁石粉末の配向の度合いを示
し、 試料の残留磁束密度 :Br 完全に配向した試料の残留磁束密度:Br100 無配向試料の残留磁束密度 :Br を測定して次式により配向度を算出する。この時磁石粉
末の配向状態の確認はX線回折装置を用いた。図4に完
全に配向した試料のX線回折図を示す。図4より(00
3)面および(006)面のピークがはっきりと認めら
れる。逆にそれ以外のピークはほとんど見られず磁化容
易軸であるC軸がきれいにそろった状態に配向されてい
る。
【0016】 配向度=(Br−Br)/(Br100−Br
【0017】配向度は、配向の乱れによる磁気特性の低
下に関係し、数字が小さいほど配向が不完全である。配
向度を算出方法するにはまず基準試料として粉末の充填
量および形状が同じで完全に配向している成形体、およ
び磁場を与えずに成形した無配向の成形体を作製した。
粉末の配向状態の確認はX線回折装置で比較する事によ
って行いほぼ完全に配向している成形体が得られている
ことを確認した。
【0018】図3に、試料No1とNo6の組成のボン
ド磁石成形品の外部磁場の印加時間と配向度の関係をプ
ロットした。No6の試料は、外部磁場印可時間が10
秒で配向度はほぼ95%に達しており、この時のBrは
6600Gであった。これに対し、No1の試料は、外
部磁場印可時間が30秒でも配向度は十分ではなく、磁
場印可時間30秒で得られたボンド磁石のBrは568
0Gであり、これは磁石粉末の充填率から考えて不十分
である。また、磁場印可経過時間に対する配向度の変化
も緩やかであり、従って磁場印可時間を延長しても急激
な配向度の増加は見込めない。
【0019】図3中のNo1’は、試料No1と同じボ
ンド磁石組成について磁場配向時の外部磁場の強度を2
倍の20kOeに増加してより配向しやすい条件で成形
を行ったものである。図3から明らかなように印可する
外部磁場の強度を2倍にしても配向度に大きな変化は無
く、配向時の外部磁場の強度増加の効果は確認されず、
配向度が改善されない原因は配向時の外部磁場が不十分
というよりも、外部磁化によって一旦は配向が行われて
も外部磁場を取り除くと磁石粉末同士が互いの磁化によ
って反発することにより配向が乱れるためと断定でき
る。
【0020】磁性粉末の残留磁化の強度がボンド磁石の
配向度に及ぼす影響について調べる。バインダーとして
α値が2.71であるニトリルゴムと、α値が12.6
2であるポリウレタン系エラストマーについて、残留磁
化の異なるSmFeN系磁石粉末を用いて以下のように
してボンド磁石を作製した。
【0021】上記2水準のバインダー(11.8重量
%)と、SmFeN系磁石粉末(88.0重量%)、及
び滑剤(0.2重量%)を混合してペレット化したもの
を外部磁場10kOeを30秒印加して射出成形行い、
10φ×7tの円柱状成形体を作製し、ボンド磁石の残
留磁束密度の大きさを測定し、前述の式を用いて配向度
を算出した。結果を図5にまとめる。
【0022】図5より、αの値が12.62のバインダ
ーでは磁性粉末の残留磁化の影響はなく、配向度はほぼ
100%を達成できるが、αの値が2.71であるバイ
ンダーを使用した場合、磁性粉末の残留磁化が6kGを
以上あたりから配向度の低下が見られる。すなわち、残
留磁束密度が6kG未満の場合、磁石粉末同士の反発力
が小さく、外部磁場を取り去った後の配向の乱れが生じ
難いため本発明の効果が十分には現れない。従って、本
発明の作用効果が好ましく発揮されるのは原料の磁石粉
末の残留磁束密度は6kG以上の場合である。
【0023】また、本発明の作用効果は磁石粉末の平均
粒子径に影響される。配向度の低下は、外部磁化によっ
て一旦は配向が行われた磁石粉末同士が外部磁場を取り
除くことで互いの磁化によって反発し配向が乱れること
に起因するが、10μmを超える粒子では立体障害が大
きいため、外部磁場を取り除いた後も配向度の低下は比
較的起こりにくいためである。従って、本発明の作用効
果が好ましく発揮されるのは原料の磁石粉末の粒子径が
10μm以下の場合である。
【0024】さらに、磁石粉末の粒子形状は、球形に近
づくほど立体障害は小さくなり、その結果、配向時の外
部磁場を取り除いた後に容易に配向が乱れる。従って、
このような場合使用するバインダーの特性は、配向度に
センシティブとなり、本発明の作用効果は増大する。
【0025】上述したような残留磁化が強いこと、小粒
子系の磁石粉末が簡単に得られることから、本発明に適
用する磁石粉末としてSmFeN系の磁石粉末が好まし
く使用され、特に、粒子形が球形に近いようなSmFe
N系磁石粉末を使用したボンド磁石において本発明の作
用効果は増大する。
【0026】さらに、本発明はボンド磁石組成物に占め
る磁性粉末の量に影響される。前述したとおり、配向度
の低下は外部磁場によって一旦は配向された磁石粉末同
士が、外部磁場を取り除くことで互いの磁化によって反
発し配向が乱れることに起因するが、磁石粉末の充填量
が30体積%以下の場合磁石粉末同士の反発力が小さ
く、外部磁場の除去後の配向度の低下は比較的起こしに
くいためである。従って、本発明は、ボンド磁石組成物
に占める磁石粉末の量は30体積%以上であるような磁
石粉末の含有量を上げて残留磁束密度を最大限高めるこ
とを目的とする磁石において作用効果が顕著となる。
【0027】
【実施例】[実施例1]以下の磁石粉末(88wt
%)、有機バインダ(11.8wt%)、滑剤(0.2
wt%)をミキサーで混合を行った後、2軸押し出し機
にて混練を行った。押し出されたボンド磁石用組成物を
冷却後、ストランドカッターにて切断しペレットとし
た。 ・磁石粉末 :SmFeN磁石粉末(平均粒子径:3.0μm、Br13kG) ・有機バインダ :PBTエラストマー (α=40.86) ・滑剤 :ステアリン酸亜鉛
【0028】ここで、αの値は混練トルクを次の条件下
で各温度に対して測定して上述した方法により決定し
た。 試験装置 : ブラベンダー社製プラストグラフ ミキサー : W50型(内容積75cm) スクリュー : カム型 回転速度 : 30回転/min 試験試料容積 : 40cm
【0029】上記ペレットを磁場中射出成形機にて外部
磁場10kOeで15秒磁場中射出成形を行い、10φ
×7tの円柱状成形体を得た。
【0030】得られた磁石成形体は、理研電子社製BH
カーブトレーサBHU−6020を用いて測定したとこ
ろ、残留磁束密度は7kGであり、上記した計算により
配向度は100%であった。
【0031】[比較例1]バインダをニトリルゴム(α
=2.71)とした以外は実施例1と同様の方法でペレ
ットを調製し、同様に磁石成形体を作製した。得られた
磁石成形体の残留磁束密度は5680kGで、配向度は
88%であった。
【0032】
【発明の効果】以上述べたように本発明に従えば、一旦
外部磁場により配向した磁石粉末は、磁場を取り除いた
後も磁性粉末同士の磁化による反発による配向の乱れが
ないため配向度は高く、しかも、従来のフェライトでは
達成できないような高い残留磁束密度を有するゴム磁石
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】バインダーの粘度と温度の関係を示す特性図
【図2】残留磁束密度とαの関係を示す特性図
【図3】ボンド磁石の配向度と磁場成形後の冷却時間の
関係を示す特性図
【図4】完全配向したボンド磁石のX線回折図
【図5】ボンド磁石の配向度とそれに用いる磁石粉末の
Brの関係を示す特性図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁気異方性磁性粉末と可撓性を有するバイ
    ンダーからなるボンド磁石用組成物において、該バイン
    ダーを撹拌混練機に充填して回転させたときの所要トル
    ク(混練トルク)対温度特性曲線における2次導関数が
    最大となる温度Tcより高温側と低温側の該曲線の傾き
    をそれぞれa、及びaとしたとき、α≡a /a
    ≧10となるαを具備することを特徴とするボンド
    磁石用組成物。但し、aはTより30℃高温におけ
    る、aはTより20℃低温における、該特性曲線の
    接線の傾きである。
  2. 【請求項2】前記磁気異方性磁性粉末は、残留磁束密度
    が6kG以上であることを特徴とする請求項1に記載の
    ボンド磁石組成物。
  3. 【請求項3】前記磁気異方性磁性粉末は、平均粒子径が
    10μm以下であることを特徴とする請求項1乃至2に
    記載のボンド磁石組成物。
  4. 【請求項4】前記ボンド磁石組成物に占める前記磁気異
    方性磁性粉末の量は30体積%以上である特徴とする請
    求項1乃至3に記載のボンド磁石組成物。
  5. 【請求項5】前記磁気異方性磁性粉末は、Sm−Fe−
    N系の合金粉末であることを特徴とする請求項1乃至4
    に記載のボンド磁石組成物。
  6. 【請求項6】請求項1乃至5に記載のボンド磁石組成物
    を成形して得るボンド磁石。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008244322A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Tdk Corp 複合磁石、その製造装置及び製造方法

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