JP2003051405A - 耐熱ボンド磁石コンパウンド及びこれを用いた成型体 - Google Patents

耐熱ボンド磁石コンパウンド及びこれを用いた成型体

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JP2003051405A
JP2003051405A JP2002111721A JP2002111721A JP2003051405A JP 2003051405 A JP2003051405 A JP 2003051405A JP 2002111721 A JP2002111721 A JP 2002111721A JP 2002111721 A JP2002111721 A JP 2002111721A JP 2003051405 A JP2003051405 A JP 2003051405A
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magnet
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injection
ferrite
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Akihisa Minami
明久 三波
Tetsuya Tagawa
哲也 田川
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MATE Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】耐熱性、耐薬品性が必要であるフェライトプラ
スチック磁石の場合にはPPS樹脂が一般に使われる
が、高充填化することができないために、焼結フェライ
ト磁石の置き換えが出来ないことが問題であった。 【解決手段】樹脂に練り込むフェライト磁粉の圧縮密度
と真密度との比率を0.67以上のものを選択して使用
し、さらに使用するPPS樹脂として溶融粘度が20.
0〜80.0Ps・sの範囲のものを使用することで高
充填化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形に供され
る磁石材料に関し、モーター、水中使用インペラー、自
動車用各種アクチュエータ、リフロー部品に使用される
磁石部品に関する
【0002】
【従来の技術】永久磁石としてフェライト焼結磁石がそ
のコストが安いことで広く使われており、また焼結フェ
ライト磁石はセラミックスのため、耐薬品性や、耐熱性
に優れて色々な場所で使われている。
【0003】ボンド磁石のうち、射出成形法によって成
形されるいわゆるプラスチック磁石は樹脂中にフェライ
トや金属磁性粉末などの磁性粉末を混ぜることによって
なる。
【0004】樹脂としてポリアミドやPPS(ポリフェ
ニレンサルファイド)等が使用されるが、このうちポリ
アミドは耐薬品性、寸法精度に優れており、また、フェ
ライトなどのフィラーとの相溶性に優れており特にポリ
アミド−12は寸法精度にも優れており広く使われる。
PPSは耐熱性、耐薬品性、寸法精度に優れており、特
殊な用途に使われている。
【0005】プラスチック磁石はその加工性により複雑
な形状を作ることが出来、また、極異方と呼ばれる、配
向方法により、等方性のフェライト焼結磁石と同等の表
面磁束を得ることが出来る。
【0006】極異方配向方法は、金型中に成型品の磁力
を配する部分に磁界を発生させる永久磁石や電磁石など
を配することで、成型品に自由な磁力分布を自由に設計
できる方法である。しかし、金型内に磁界発生手段を配
するために、小さな成型品や複雑な成型品ではプラスチ
ック磁石が配向するに充分な磁界が得られない場合が多
い。
【0007】水中ポンプや水中のセンサーなどに使われ
る羽形状の成型物、いわゆるインペラー等は樹脂で羽根
を作ってあとで焼結磁石と組み合わせたりするが、プラ
スチック磁石ではその形状の自由性で機能形状と磁性特
性とを併せ持つ部品を作成することが出来る。
【0008】
【発明が解決しようとしている課題】焼結フェライト磁
石は内部にフェライトが充填されているために強力な磁
力が発生するがプラスチック磁石は樹脂との混合してい
るためにその磁力はフェライト焼結磁石より弱く充填率
によって磁力が決まる。よって高性能のプラスチック磁
石を作るのにより多くのフィラーを混ぜることが重要と
なる。
【0009】ポリアミド−12はフィラーとの相溶性に
優れているために、充填性がよく、もっとも高磁力を発
揮するコンパウンドとなる。しかし、ポリアミドは吸水
性を持ち、加水分解を起こすために水分や湿度が高いと
寸法変化を起こしたり、長時間の使用に対して強度が低
下したりするため使用できなかった。また、耐熱温度も
ポリアミド−12で120℃程度しかないためより高温
で使用することが出来なかった。
【0010】PPSはフィラーとの相溶性がポリアミド
ほど高くないため、ポリアミドほどの高い充填率にして
も異方性磁粉が物理的に磁化方向に向きを変える比率、
いわゆる配向率が低く、充填することは出来るが配向し
ないために充分な磁力が発現せず、ポリアミドではBH
max15.1kA/mを得るに充分な充填率であって
も同等の磁力を得ることが出来ない。
【0011】溶融粘度の低い樹脂を使うことで配向を高
めることが出来るが、強度が低くなりそれを使った成型
品は使用に耐えられない。また、磁性粉末と樹脂を交合
する混練時の樹脂劣化も高くなりよけいに強度を低下さ
せる。混練物の成型時にも流動性が悪いので生産性が低
下し、極端な場合成型不可となる。
【0012】水中使用インペラー、自動車用各種アクチ
ュエータ、リフロー部品などの耐熱用途や磁力が必要な
水中、熱水中、溶媒中では、フェライト焼結磁石が使用
されている。
【0013】しかし、焼結磁石ではワレ、カケの問題、
後加工として切削工程が必要でありコスト高になるこ
と、また、薄肉複雑形状には不向きである。このような
背景から、焼結磁石より軽量化ができ、流動性に優れ、
機械的強度を損なわずにかつ最大エネルギー積15.9
kA/m以上のPPSプラスチック磁石及びこれを用い
た成型体が強く要望されている。
【0014】さらに、極異方成形と呼ばれる成型法で
は、非常に大きな成形体の表面磁束密度を得ることが出
来るが、プラスチック磁石内の磁石粉末を配向するに充
分でない磁界で配向させるため、その材料の配向性が低
いと、充填率を上げても配向せず充分な磁力が得られな
いと言う欠点を有していた。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑
み、発明者は使用するフェライト磁性粉末を98MPa
の荷重で加圧して測定した圧縮密度と、フェライト磁性
粉末の真密度の比が0.67以上の磁性粉末と、溶融粘
度20.0〜80.0Pa・sのPPS樹脂にフェライ
ト磁性粉末の充填率を体積率で66%以上の構成で混合
することにより、PPS樹脂を使用した高磁力のプラス
チック磁石を作成することが可能となることを見いだし
た。
【0016】また、出来たプラスチック磁石材料によっ
て成形することで、特殊な環境で使用可能なプラスチッ
ク磁石を作成することが可能となった。
【0017】
【実施例1】本発明の実施例及び比較例を以下に示す
が、本発明がこれら実施例のみに限定されないことは勿
論である。
【0018】表1に示されるように実施例1でBHma
x16.3kA/mを得ている。
【0019】
【表1】
【0020】ストロンチウムフェライトの真密度は5.
1Mg/m↑3であった。
【0021】比較例1ではストロンチウムフェライトの
圧縮密度が3.37、圧縮密度と真密度の比が0.66
のものを使用した場合、磁性粉末の配向性が落ち、得ら
れた成形体のBHmaxは14.3kA/mしかなかっ
た。
【0022】比較例2でストロンチウムフェライトの圧
縮密度が3.48、圧縮密度と真密度の比が0.68の
ものとPPSの溶融粘度が90.0Pa・sのものを使
用した場合、プラスチック磁石材料のメルトフローレー
トが60g/10minしかなく磁性粉末の配向性が落
ち成形体のBHmaxは15.1kA/mしかでなかっ
た。また、成型時に金型への充填性が悪く、強度が上が
らなかった。
【0023】比較例3ではストロンチウムフェライトの
圧縮密度が3.48、圧縮密度と真密度の比が0.68
のものとPPSの溶融粘度が50.0Pa・sのものを
使用し、プラスチック磁石材料のメルトフローレートが
60g/10minしかなかった場合、磁性粉末の配向
性が落ち成形体のBHmaxは15.1kA/mしかで
なかった。
【0024】比較例4ではストロンチウムフェライトの
圧縮密度が3.48、圧縮密度と真密度の比が0.68
のものとPPSの溶融粘度が10.0Pa・sのものを
使用した場合、BHmaxは16.3kA/mが出てい
るが曲げ強度が29.4MPaしかなく、成型品の強度
が上がらない。
【0025】比較例5ではストロンチウムフェライトの
圧縮密度が3.48、圧縮密度と真密度の比が0.68
のものの体積含有率が66%の場合、フェライトの含有
量が不足してるため、BHmaxは15.0kA/mし
かでなかった。
【0026】
【実施例2】実施例1で得られたプラスチック磁石材料
で図1、図2に示すようなインペラー1を成形し、図3
に示すようにモーター2を回転させると図2に示すよう
なインペラー背面と同様の着磁を行った駆動用磁石3が
回転し、磁力はケース13を介してインペラー1を回転
させ、ケース13中の水4を矢印の方向に循環させるよ
うな水中ポンプとして使用した。
【0027】比較例としてポリアミド−12を材料で作
成したBHmax16.3kA/m物で成形したインペ
ラー1と同時にテストを行った。同じモーター2で外部
から駆動し、同等の能力を得たことから、本実施例の表
面磁束密度も同等の磁力が発生していると考えられる。
【0028】ポリアミド−12で成形したインペラー1
は10000時間を過ぎた頃から表面に微細なクラック
が生じ、15000時間で羽が脱落した。本実施例のイ
ンペラーは50000時間を過ぎても問題なく使用する
ことが出来た。
【0029】
【実施例3】実施例1で得られたプラスチック磁石材料
で図4に示すようなモーターのローター5を鉄製のシャ
フト6をインサート成形し、モーターに組み込んで使用
した。
【0030】ローターを成形する時に図5に示すように
金型内にサマリウムコバルトの焼結磁石7を8極の極配
置に合うように配した極異方成形用金型で成形した。同
じ材料でラジアル配向でローター5も成形し、モーター
に組み込んで使用した。
【0031】比較例として実施例1でポリアミド−12
を材料で作成したBHmax16.3kA/m物で極異
方成形したものとテストを行った。駆動力はポリアミド
−12で作ったものと極配向で作った本実施例のモータ
ーは同じであったが、ラジアル配向を行ったものは駆動
力が低く、極異方成形を行ったものの方がラジアル配向
を行ったものより表面磁束密度が高いことを示してい
る。
【0032】モーターを回転させた状態で、環境温度を
上げていくと120℃でポリアミド−12のモーターは
内部の磁石が変形して駆動コイルと干渉し停止してしま
った。
【0033】本実施例のモーターは200℃まで良好に
回転を行った。ここで、ポリアミド−6の同様の磁力を
持った極配向したローター5のモーターも用意したが、
環境の湿度が高い場合に吸湿と思われる膨潤が生じ、回
転しなかった。
【0034】
【実施例4】実施例1で得られたプラスチック磁石材料
で図6、図7に示されるような外周部に着磁した円盤を
成形した。図8に示すように他のモーター2に接続して
回転させた。円盤11の表面近くにホール素子10をお
いて、磁界の変化を測定した。
【0035】同様の試験をポリアミド−12、ポリアミ
ド−6のプラスチック磁石で同じような円盤11を作り
同じ試験を行った。周りの温度を200℃上げていって
も本実施例の円盤はその回転数にあった信号を得ること
が出来た。
【0036】ポリアミド−12で作成した円盤11では
温度が150℃を超えた時にプラスチック磁石のシャフ
トとの接合部分が変形し、シャフトと磁石部分が分離し
て回らなくなった。
【0037】ポリアミド−6のものは環境湿度の変化に
よってその外径が変化し、出力値が変化してしまった。
【0038】これらの場合も極異方成形の方が表面磁束
密度が高く、ラジアル配向など他の着磁法に比べより高
い信号を得ることが出来た。
【0039】
【実施例5】実施例1で得られたプラスチック磁石材料
とポリアミド−6、ポリアミド−12でリング状の磁石
を成形し、ブザーに組み込んで使用した。
【0040】ポリアミド−6の成型品を使ったブザーは
環境の湿度により、発生する音が変わり使えなかった。
【0041】ポリアミド−12の成型品で作ったブザー
も湿度によりわずかに音が変わったが使用には問題なか
った。
【0042】本実施例のブザーは問題なく音を発生し
た。
【0043】これらのブザーを基板に乗せ、端子の部分
にハンダを置きリフロー炉に入れ、最初150℃で3分
おき、その後250℃に上げてハンダ付けを行った。
【0044】本実施例のブザーは問題なくハンダ付けが
出来、リフロー後も問題なく音を発生した。ポリアミド
−12の成形体はリフロー後には溶けて全く使えなかっ
た。ポリアミド−6の成形体は火ぶくれ状の凹凸が生じ
これも音は生じなかった。
【0045】
【実施例6】実施例1で得られたプラスチック磁石材料
でホットランナー成形を行った。
【0046】表2に示されるように実施例2ではホット
ランナーを使用することで充填性と配向性が高まりBH
maxは16.6kA/mを得ている。
【0047】
【表2】
【0048】
【発明の効果】上記の構成で作成されたプラスチック磁
石材料は330℃、10kg荷重でのメルトフローレー
トが70g/10min以上あり、混合のための混練時
も問題なく製造でき、成形も問題なく成形できた。
【0049】また、作成された成形体は、磁力特性とし
てBHmax15.9kA/m以上あり、曲げ強度59
MPa以上の強度を有し、成型品として充分使用可能な
ものが出来た。
【0050】さらに、このBHmax15.9kA/m
の材料を極異方と呼ばれる配向方法で配向しながら成形
した磁石は、等方性の焼結磁石を置き換えるのに足る表
面磁束密度を持ち、融点280℃のPPSは充分な耐熱
性と、水分を含む耐薬品性に優れ、今まで焼結フェライ
ト磁石でなければ使用できなかった水中や、溶媒中ま
た、自動車のエンジン周りのモーターやセンサーなどに
使用することが出来るようになった。
【0051】表面実装技術の進展により、電装基板の部
品の取り付けはリフロー炉と呼ばれる炉により基板ごと
加熱し、接点に着けたハンダを溶かしてハンダ付けを行
っている。このため、基板に実装される部品はハンダの
融点より高い温度に耐えることが必要になる。この点で
PPSを使ったプラスチック磁石では充分な耐熱性を有
し、表面実装で使用されるブザーや、スピーカ、アイソ
レーター、サーキュレータに使用することが出来る様に
なる。
【0052】フェライト磁石粉末の充填率を上げても配
向性を高く保てるために、極異方成形においても充分な
配向を得られ、極異方の成形を行うことが出来るように
なった。
【0053】ホットランナー成形を行うことで金型内へ
の材料の充填性と配向性が高まり成型体の磁気特性が向
上した。
【0054】ここで、PPSの溶融粘度はキャピログラ
フを用いて310℃の剪断速度1200/secで測定
した。また、ASTM D−1239規定の熱可塑性プ
ラスチックマグネットの流れ試験方法において測定温度
330℃試験荷重10kgの条件にてメルトフローレー
トを測定した。ASTM D−790規定の熱可塑性プ
ラスチックの機械強度測定方法で曲げ強度を測定した。
フェライト磁石粉末の真密度はヘリウムの置換法で測定
した。ゴンノ水圧機制作所製のプレス機を用いて98M
Paの荷重をかけ、圧縮後の金型内の試料をデジタルゲ
ージで厚さを測定し、フェライト磁石粉末の圧縮密度と
した。
【0055】ここでフェライトとPPS樹脂との混練溶
融物のメルトフローレートが70g/10min以上で
あれば、射出成型時充分良好な成形を行うことが出来、
また、磁性粉末も良好な配向状態になることで成形体の
高い磁力を得ることが出来た。70g/10min以下
の場合は、射出成型時の流動性効果が少なくなり、外部
磁界を加えた場合に磁界方向にフェライトが配向しな
い。また、成形不良などによる強度不足なども生じる。
その場合スプルランナーが折れるなどの生産上の不具合
も起こる。
【図面の簡単な説明】
【図1】水中ポンプ用のインペラー1(羽根車)の成形
体の形状を示す。
【図2】水中ポンプ用のインペラー1の着磁部分を示
す。4極の着磁を為している。
【図3】水中ポンプの作動状況を示す図である。
【図4】モーター用のロータを示す図である。
【図5】極異方成形用の金型の磁石配置の概略と磁石7
からの磁力線を示す図である。
【図6】センサー用の円盤状磁石成形体11を示す図で
ある。
【図7】センサー用の円盤状磁石成形体11の着磁の様
子を示す図である。このとき磁極は外周面に配されてい
る。
【図8】センサー用の円盤状磁石成形体11の磁力測定
を行う実験を示す図である。
【符号の説明】
2 モーター 3 インペラー駆動用磁石 4 水 6 モーター用ローターを支えるシャフト 7 サマリウムコバルト磁石 8 サマリウムコバルト磁石と金型キャビティを隔てる
スリーブ 9 磁力線 10 ホール素子 12 X−Yプロッター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01F 41/02 H01F 41/02 G // B29K 81:00 B29K 81:00 105:16 105:16 505:08 505:08 Fターム(参考) 4F071 AA62 AA88 AB18 AE14 AF17Y AF36Y AH19 BA01 BB05 BC07 4F206 AA34 AB13 AE04 AH05 AH81 AM29 JA07 JF02 JL02 JM04 JM05 JN14 JN25 JP30 JQ81 4J002 CN011 DE116 FD206 GN00 GQ00 5E040 AB03 CA01 HB06 NN02 NN14 5E062 CC05 CD02 CE02 CF01

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 PPS(ポリフェニレンサルファイド)
    とストロンチウムフェライトを混合してなるボンド磁石
    コンパウンドにおいて、磁場をかけた状態で該コンパウ
    ンドを射出成形した磁石のBHmaxが15.9kA/
    m(2.0MGOe)以上で、曲げ強度が59MPa以
    上、330℃10kg荷重のMFR値が70g/10m
    in以上であることを特徴とする耐熱ボンド磁石コンパ
    ウンド。
  2. 【請求項2】PPSとストロンチウムフェライトを混合
    してなるボンド磁石コンパウンドにおいて、ストロンチ
    ウムフェライトの98MPa荷重圧縮密度と真密度の比
    が0.67以上であり、該PPSの溶融粘度が20.0
    〜80.0Pa・sであることを特徴とする耐熱ボンド
    磁石コンパウンド。
  3. 【請求項3】 前記ストロンチウムフェライトの含有率
    が体積率で66%以上からなることを特徴とする請求項
    第2項に記載の耐熱ボンド磁石コンパウンド。
  4. 【請求項4】 羽形状を持ったインペラー用磁石成形体
    において請求項第1項から第3項までのボンド磁石材料
    を射出成型してなることを特徴とする成形体。
  5. 【請求項5】 使用温度が120℃以上であるモーター
    用磁石を請求項第1項から第3項までのボンド磁石材料
    を射出成型してなることを特徴とする成形体。
  6. 【請求項6】 使用温度が120℃以上であるセンサー
    用磁石を請求項第1項から第3項までのボンド磁石材料
    を射出成型してなることを特徴とする成形体
  7. 【請求項7】 ハンダリフロー工程で基板にハンダ付け
    される部品に使用される磁石を請求項第1項から第3項
    までのボンド磁石材料を射出成型してなることを特徴と
    する成形体。
  8. 【請求項8】成型時に極異方成形を行って配向させた成
    型品であることを特徴とする請求項第4項、第5項、第
    6項、第7項に記載の成形体。
  9. 【請求項9】成型時にホットランナー成形を行って配向
    させた成型品であることを特徴とする請求項第4項、第
    5項、第6項、第7項、第8項に記載の成形体。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111210964A (zh) * 2019-10-10 2020-05-29 横店集团东磁股份有限公司 一种注塑永磁铁氧体磁体及其制备方法
EP3495782B1 (en) * 2004-01-22 2023-06-14 Nsk Ltd. Magnetic encoder and bearing

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