JP2005019714A - 異方性ボンド磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱間プレスにより原料磁石を塑性変形させた後に粉砕して得た異方性磁石粉末を用いる異方性ボンド磁石の製造方法であって、磁気特性の低下を少なくすることができる製造方法を提供する。
【解決手段】異方性ボンド磁石の製造過程において、その磁石の使用温度より高い温度で酸化処理を行う。熱間プレスにより塑性変形を受けた異方性磁石粉末は、クラックが多いため、その異方性磁石粉末を用いたボンド磁石は、磁気特性の経時的な低下が著しいが、製造過程において予め酸化処理を行うことにより酸化被膜を形成しておけば、その後の経時的な磁気特性の低下を著しく減少させることができる。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異方性ボンド磁石の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボンド磁石は、磁石粉末とバインダ樹脂とを混合して成形するので、寸法精度がよく、また、形状の自由度が大きいという特徴がある。この特徴から、ボンド磁石は精密機器用のモータなどに用いられている。しかし、ボンド磁石は、バインダ樹脂が存在するため磁石のエネルギー密度が低い。そこで、エネルギー密度を高めるために異方性としたボンド磁石が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１では、まず、希土類−鉄−ボロン系磁石合金の超急冷リボンから得た粉末を金属筒内に充填して雰囲気制御可能な加熱プレス内に置き、非酸化性雰囲気下、温度６５０〜９００℃にて、この金属筒をプレスしている。この熱間プレスにより、磁石粒子はその軸方向に塑性変形させられる。塑性変形の程度は、圧縮比が３．０〜２０の範囲が好ましいとされている。このように、磁石粒子を高温で塑性変形することにより、径方向に変形されて結晶粒が一様に偏平とされるので、磁気異方性磁石が生じる。そして、その磁気異方性磁石を粉砕してボンド磁石用の異方性磁石原料粉末を製造している。
【０００４】
ところで、ボンド磁石では、着磁後、酸化により経時的に磁気特性が低下するという問題がある。そこで、磁石粉末に予め酸化膜を形成しておくことにより、着磁後の酸化を防止することが提案されている（たとえば、特許文献２）。特許文献２に記載されている磁石は等方性磁石であり、超急冷法により製造した磁石粉末を、酸素を含んだ不活性ガス雰囲気下で、エポキシ主剤および防錆剤と混合して、磁石粉末に酸化被膜を形成し、その後、その酸化被膜が形成された磁石粉末とバインダ樹脂とが混練されている。
【０００５】
また、等方性ボンド磁石に関しては、特許文献３に記載されているように、磁石粉末とバインダ樹脂との混合の際に、磁石粉末が樹脂と反応して酸化劣化することを防止するために、バインダ樹脂と混合する前に、磁石粉末の表面に高酸素濃度領域を形成することも提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２３３３２３号公報
【特許文献２】
特開平４−６９９０３号公報
【特許文献１】
特開２０００−３４８９１７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のように、磁気異方性を生じさせるために塑性変形させると、塑性変形により磁石粉末にクラックが多数生じるので、磁石粉末の表面積が大きくなる。そのため、熱間プレスにより原料磁石を塑性変形させた後に粉砕して得た異方性磁石粉末を用いる異方性ボンド磁石では、着磁後の酸化による磁気特性の低下が、等方性磁石に比べ著しく大きいという問題がある。
【０００８】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、熱間プレスにより原料磁石を塑性変形させた後に粉砕して得た異方性磁石粉末を用いる異方性ボンド磁石の製造方法であって、磁気特性の低下を少なくすることができる製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための第１発明は、原料磁石を熱間プレスにより塑性変形させた後に粉砕して得た異方性磁石粉末と、バインダ樹脂と混練して混練物を得る混練工程と、その混練物を所定形状に成形して、異方性ボンド磁石塊とする成形工程とを含む異方性ボンド磁石の製造方法であって、前記異方性磁石粉末または前記異方性ボンド磁石塊を酸化処理する酸化処理工程を含むことを特徴とする異方性ボンド磁石の製造方法である。
【００１０】
第２発明は、第１発明の異方性ボンド磁石の製造方法において、前記酸化処理工程は、異方性ボンド磁石の使用温度以上の温度で酸化処理を行うことを特徴とする。
【００１１】
第３発明は、第１または第２発明の異方性ボンド磁石の製造方法において、前記酸化処理工程は、酸素濃度が５ｐｐｍ以上の雰囲気中で酸化処理を行うことを特徴とする。
【００１２】
第４発明は、第１乃至第３のいずれかの発明の異方性ボンド磁石の製造方法において、前記原料磁石が、希土類元素、鉄、およびホウ素を含むＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石であることを特徴とする。
【００１３】
第５発明は、第１乃至第４のいずれかの発明の異方性ボンド磁石の製造方法において、前記バインダ樹脂が熱硬化性樹脂であり、前記混練工程後にそのバインダ樹脂を所定の樹脂硬化温度で硬化させる樹脂硬化工程をさらに含み、その樹脂硬化工程を酸素雰囲気下で行うことにより、前記酸化処理工程を、その樹脂硬化工程と同時に行うことを特徴とする。
【００１４】
【発明の効果】
上記発明によれば、酸化処理工程により異方性磁石粉末または異方性ボンド磁石塊の表面が酸化されるので、その後の酸化による磁気特性の低下の程度が著しく減少する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる異方性磁石粉末には、異方性熱間加工磁石を粉砕したものを用いる。この異方性磁石粉末は、既知の種々の方法により製造することができるが、たとえば、図１に示す一連の異方性磁石粉末製造工程Ｐ１〜Ｐ７により製造される。
【００１６】
図１において、溶解工程Ｐ１では、目的の磁石粉末を製造するための原料が溶解させられる。溶解は、上記原料に高周波を加えることにより行われる。上記原料には、たとえば、ネオジム、鉄、ホウ素などが所定の割合で配合された原料を用いる。
【００１７】
超急冷工程Ｐ２では、図２に示すように、アルゴンガスなどの不活性雰囲気下において、所定の周速で回転させられているロール１０に、上記溶解工程Ｐ１で溶解させられた溶湯１２が噴射され、回転させられているロール１０に接触させられることにより溶湯１２が急冷されて、リボン１４と呼ばれる偏平な原料片が形成される。上記ロール１０の周速は、磁石合金の組成によって異なるが、たとえば、２０〜４５ｍ／秒である。また、ロール１０の材質には、熱伝導度が高い銅、または、銅とクロムやベリリウムなどとの合金が用いられる。この超急冷工程Ｐ２により製造されるリボン１４の厚さは、１０〜４０μｍ程度である。
【００１８】
粉砕工程Ｐ３は、超急冷工程Ｐ２で得られたリボン１４が、ピンミルやボールミルなどによって、所定の粒径（たとえば３００μｍ）以下の粉末となるまで粉砕される。
【００１９】
封入工程Ｐ４では、上記粉砕工程Ｐ３により粉砕された原料粉末が、円筒などの所定の形状の缶に封入される。この缶は金属製であって、たとえば、軟鋼製である。
【００２０】
熱間アップセット工程すなわち熱間プレス工程Ｐ５では、上記封入工程Ｐ４で原料粉末が封入された金属缶が、加熱加圧可能なダイの上に載置され、加熱中に金属に酸化反応が生じないように、真空状態、またはアルゴンガスなど不活性ガス雰囲気とされた状態で、所定の温度に加熱された上で、軸方向に加圧されて、金属缶は加圧前に比べて軸方向に潰れた偏平な円柱とされる。加熱温度は、温度が低すぎると原料粉末の異方性化が不十分となり、温度が高すぎると合金の保磁力が低くなってしまうことから、１００℃〜９００℃の範囲が好ましく、特に、６５０℃〜９００℃の範囲が好ましい。この熱間アップセット工程Ｐ５により、原料粉末の結晶は径方向に塑性変形されて偏平となり、その変形により各原料粉末の磁化方向が揃うので、この工程Ｐ５により得られた偏平な円柱状の合金塊は、異方性磁石となっている。
【００２１】
続く急冷工程Ｐ６では、偏平な円柱となった金属缶が急冷され、続く開缶工程Ｐ７において、金属缶が開缶され、かつ、振動が加えられることなどにより、缶内の合金塊が回収される。
【００２２】
そして、粉末製造工程Ｐ８において、回収された合金塊が粉砕機で粉砕されることにより、異方性の磁石粉末が製造される。
【００２３】
図３は、上記のようにして得られた異方性磁石粉末を用いてボンド磁石を製造する工程を示す図である。
【００２４】
混練工程Ｐ９では、図１に示した方法などにより得られた異方性磁石粉末と、バインダ樹脂とが十分に混練される。上記バインダ樹脂には特に制限はなく、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂であっても、ナイロンなどの熱可塑性樹脂であってもよい。また、それらのバインダ樹脂には、カップリング剤や滑剤が添加されてもよい。また、異方性磁石粉末との混練性を高めるために、バインダ樹脂を溶媒に溶解させたものを用いてもよい。ただし、この場合には、溶媒を揮発させた後に続く成形工程Ｐ１０を行う。
【００２５】
成形工程Ｐ１０では、混練工程Ｐ９で得られた異方性磁石粉末とバインダ樹脂との混練物が、圧縮成形、射出成形、押し出し成形などの成形方法によって所定の形状に成形されて異方性ボンド磁石塊が得られる。なお、この成形工程Ｐ１０は、圧縮成形など、成形過程において磁石粉末の配向方向が一様とならない成形では、所定の強さの磁場中において成形されるが、成形過程において磁石粉末の配向方向が一様となる成形の場合には、磁場の印加はされない。
【００２６】
続いて酸化処理工程Ｐ１１を行う。この酸化処理工程Ｐ１１は、磁石塊の表層に酸化被膜を形成させるために、上記成形工程Ｐ１０で得られた異方性ボンド磁石塊を、加熱下、所定濃度の酸素雰囲気中に保持する。なお、バインダ樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、加熱により、酸化皮膜の形成と同時に、バインダ樹脂が硬化するので、この場合には、酸化処理工程Ｐ１１は樹脂硬化工程でもある。
【００２７】
酸化処理工程Ｐ１１における加熱温度は、製品磁石の使用温度よりも高い温度温度であることが好ましい。その理由は、磁束密度の低下を引き起こす酸化は、酸素の拡散は温度依存性があり、温度が高くなると酸素の拡散係数が高くなるので、処理温度からの上昇分だけは酸化が進行していくからである。従って、たとえば、磁石の使用温度が１００〜１５０℃である場合には、それよりも２０℃程度高い温度、すなわち、１２０〜１７０℃に加熱される。
【００２８】
また、酸化処理工程Ｐ１１における酸素濃度は、５ｐｐｍ以上であることが好ましく、１０００ｐｐｍ以上であることがより好ましい。酸素濃度が１０００ｐｐｍよりも低いと磁石塊の表面酸化が不十分となり、５ｐｐｍよりも低いと酸化が著しく不十分となるからである。酸素濃度の上限は特になく、たとえば大気中（すなわち酸素濃度約２０％）であってもよい。酸化処理の雰囲気に特に制限はなく、前述のように大気中であってもよいし、不活性ガス（たとえば、アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス）の一部を酸素と置換した雰囲気であってもよい。不活性ガスの一部を酸素と置換する場合には、酸素導入後にその雰囲気を加熱してもよいし、加熱による温度上昇の途中で酸素を導入してもよいし、目的の温度に到達後に酸素を導入してもよい。酸化処理に必要な時間は、酸素濃度が低いほど単位時間当たりの酸化量が少なくなるので、酸素濃度が低いほど長くされるが、この酸化処理工程Ｐ１１により磁石が酸化される程度は、酸素濃度により定まる飽和点があり、飽和点に達した後はそれ以上の酸化が進行しないので、酸化処理時間は飽和点に達するような時間として予め実験により決定される。なお、図３では、酸化処理工程Ｐ１１は、成形工程Ｐ１０の後とされているが、図１の粉末製造工程Ｐ８の後であれば、酸化処理工程はどの工程の後であってもよい。
【００２９】
酸化処理された後は、塗装され（塗装工程Ｐ１２）、次いで、所定の着磁磁界中にて着磁される（着磁工程Ｐ１３）。前記成形工程Ｐ１０にて成形された形状が製品形状である場合には、これで製品となり、さらに切断加工が必要な場合には、切断加工されて（切断加工工程Ｐ１４）、製品となる。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の具体的実施例を比較例とともに説明する。
【００３１】
［異方性磁石粉末の製造］
異方性磁石粉末は以下のようにして製造した。まず、ネオジム、鉄、ホウ素、コバルトを原子組成比でそれぞれ、１４％、７４％、５％、７％含む磁石合金の原料をアルゴン雰囲気中で高周波溶解した後、高速回転している銅製のロール上に溶湯を噴射することにより急冷して、リボンを得た。そのリボンを粉砕して原料粉末とし、その原料粉末を円筒状の金属缶に充填した。そして、その金属缶を、アルゴン雰囲気中７５０℃で加工率が９０％となるようにプレスして異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石合金とした。続いて、プレス後の金属缶を室温まで急冷し、金属缶を開いてその磁石合金を取り出し、粉砕機で粉砕して異方性磁石粉末とした。
【００３２】
［異方性ボンド磁石の製造］
エポキシ樹脂を溶媒に重量比で１：３の割合となるように溶解させたものを、上記のようにして製造した異方性磁石粉末に６重量％混合し、２５℃にて、１０分間混練した。次いで、混練物から溶媒を揮発させた後、その混練物を１２７０ｋＡ／ｍ（１６ｋＯｅ）の磁場中にて圧縮成形して、磁石塊を得た。そして、その磁石塊をアルゴン雰囲気中におき、エポキシ樹脂のゲル化開始温度である８０℃まで加熱し、その温度にて酸素を導入して雰囲気中の酸素濃度を１０００ｐｐｍとした。その後、さらに加熱して１７０℃とし、１７０℃にて２時間保持することにより、磁石塊を酸化処理するとともに、樹脂を硬化させた。次いで、３１８０ｋＡ／ｍ（４０ｋＯｅ）の磁場中にて着磁した。また、比較例として、アルゴン雰囲気に酸素を導入していないこと以外は上記と同じ方法で、異方性ボンド磁石を製造した。
【００３３】
［減磁曲線の測定］
得られたボンド磁石の着磁直後の減磁曲線をＢＨループトレーサーにより測定した。測定結果を図４に示す。酸化処理をした磁石は、残留磁束密度Ｂｒ（Ｔ）が約３％低下し、保持力Ｈｃはほぼ同等であった。また、最大エネルギー積ＢＨｍａｘは約８（ｋＪ／ｍ^３）低下したのみであり、酸化処理をしても磁気特性はそれほど低下しなかった。
【００３４】
［不可逆減磁率、磁石重量変化の測定］
次いで、加熱下での不可逆減磁率および磁石重量変化を測定した。不可逆減磁率の結果を図５に、磁石重量変化測定の結果を図６に示す。不可逆減磁率は、着磁直後の磁束密度Ｂｒを１００％とし、大気中で１５０℃に保持したときの磁束密度Ｂｒの相対損失である。一方、磁石重量変化は、着磁直後の重量を１００％とし、大気中１５０℃に保持したときの重量増加分（ｗｔ％）である。
【００３５】
図５に示されるように、酸化処理をしていない磁石は、２００〜３００時間以降の磁石特性の低下が著しい。これに対し、１７０℃にて酸化処理した磁石は、その酸化処理温度よりも低い１５０℃保持における磁石特性の低下の程度が、酸化処理をしていない磁石に比べて著しく緩やかであることが分かる。従って、本実施例の磁石は、使用温度が１５０℃以下である環境では、磁気特性の経時的低下が著しく緩やかとなる。
【００３６】
また、磁石特性の低下は、酸化により磁性部分が非磁性に変化することに起因するものであり、図６に示されるように、酸化処理をしていない場合には、酸化を示す経時的な重量増加が大きいのに対し、酸化処理をした場合には、経時的な重量増加がほとんどなく、図６の結果は図５の結果と整合した。
【００３７】
上述の実施例によれば、酸化処理工程により異方性ボンド磁石塊の表面が酸化されるので、その後の酸化による磁気特性の低下の程度が著しく減少する。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる異方性磁石粉末の製造工程を示す工程図である。
【図２】図１の超急冷工程を説明する図である。
【図３】本発明のボンド磁石の製造工程を説明する工程図である。
【図４】本発明により得られた異方性ボンド磁石および比較例の拡大減磁曲線である。
【図５】本発明により得られた異方性ボンド磁石および比較例の不可逆減磁率を示す図である。
【図６】本発明により得られた異方性ボンド磁石および比較例の加熱下での経時的重量変化を示す図である。

Claims (5)

1. 原料磁石を熱間プレスにより塑性変形させた後に粉砕して得た異方性磁石粉末と、バインダ樹脂とを混練して混練物を得る混練工程と、
   該混練物を所定形状に成形して、異方性ボンド磁石塊とする成形工程と
   を含む異方性ボンド磁石の製造方法であって、
   前記異方性磁石粉末または前記異方性ボンド磁石塊を酸化処理する酸化処理工程を含むことを特徴とする異方性ボンド磁石の製造方法。
2. 前記酸化処理工程は、異方性ボンド磁石の使用温度以上の温度で酸化処理を行うものであることを特徴とする請求項１に記載の異方性ボンド磁石の製造方法。
3. 前記酸化処理工程は、酸素濃度が５ｐｐｍ以上の雰囲気中で酸化処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の異方性ボンド磁石の製造方法。
4. 前記原料磁石が、希土類元素、鉄、およびホウ素を含むＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の異方性ボンド磁石の製造方法。
5. 前記バインダ樹脂が熱硬化性樹脂であり、
   前記混練工程後に該バインダ樹脂を所定の樹脂硬化温度で硬化させる樹脂硬化工程をさらに含み、
   該樹脂硬化工程を酸素雰囲気下で行うことにより、前記酸化処理工程を、該樹脂硬化工程と同時に行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の異方性ボンド磁石の製造方法。

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