JP2005520351A - 噴霧された永久磁石粉末を用いて製造されたボンド磁石 - Google Patents
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Abstract
Description
公称組成がNd27.5%、Co5%、B0.9%、残部Feの合金をメルト・スピニングし、続いてアニールした。こうして得られた等方性粉末を約150μmの粒径に微粉砕した。それをポリアミドのバインダと配合した。この配合物を射出成形して直径10mmおよび高さ6mmの円柱を作製し、収率はランナーおよびスプルーのために約30%であった。サンプルの固有保磁力は、ヒステリシス・グラフを用いて測定した。ランナーおよびスプルーを磨砕によって再利用して再度射出成形を行い、サンプルの固有保磁力を測定した。固有保磁力の損失率を決定した。射出成形/再利用のサイクルを合計4回繰り返し、各サイクル後の固有保磁力の損失を測定した。損失値を表1に示す。
公称組成がNd19%、Ti2%、Zr4%、B1.6%、残部Feの合金を、約30,000rpmでホイールを回転させることによる遠心噴霧で粉末化し、こうして得られた等方性粉末をヘリウム中で冷却した。こうして得られた粉末の形状は、実質的に球形であった。粉末の平均粒径は約55μmであった。適切な熱処理の後、比較製品1と同様にポリアミドと配合した。比較製品1に示したようにボンド磁石を作製し、比較製品1と同様に試験を実施して固有保磁力の損失を測定した。その値も表1に示す。
Nd−Fe−Bタイプの磁石を、比較製品1と同様の組成のメルト・スピニングされた粉末を用いて作製した。この場合は、磁粉の量を40体積%から80体積%まで変化させた。サンプルの残留磁気を測定し、サンプル中の磁粉の体積含有量と相関させた。ボンド磁石中の磁性粒子をバインダで希釈し、互いに分離させた。この処理により、粉末は磁気的に剪断された状態で作用し、その結果、内部の磁気剪断の損失が生じた(本明細書では、内部損失と称する)。このことは、ボンド磁石の磁気的特性の低下を引き起こす。表2の比較製品2では、内部損失が生じている。
この実施例では、実施例1に示した組成の噴霧された粉末を用いて、ボンド磁石を作製した。比較製品2については、磁粉の含有量を40体積%から80体積%まで変化させた。様々な体積含有率のレベルについて内部損失を測定した。それを表2の実施例2に示す。
公称組成がNd20%、Pr6.5%、B1.3%、Cu0.08%、残部Feの合金をメルト・スピニングし、続いてアニールした。こうして得られた等方性粉末を約150μmの粒径に微粉砕した。この粉末を用いて、射出成形によってボンド磁石を作製した。異なった量の磁粉をポリアミドのバインダと共に用いて、磁性材料の体積含有率を63体積%、67体積%および69体積%(体積分率)にした。通常の磁粉の場合に射出成形で用いることができる最大含有率は63体積%であった。体積含有率が高まると、割れおよび/または歪みが認められるか、または射出成形装置の能力を超えてしまい、適切に射出成形された磁石を実現することができなかった。
実施例1に示した組成の合金を、実施例1に記載した遠心噴霧によって噴霧した。粉末の平均粒径は約55μmであった。熱処理後、粉末を比較製品3に示したポリアミドのバインダと混合して、磁性材料の体積含有率を63体積%、67体積%および69体積%にした。射出成形された磁石を製造する際に、噴霧された粉末を最高で72体積%まで含む配合された組成物を加工することができた。磁石の割れまたは歪みはなかった。磁性材料の体積含有率が高まったことによる磁気的特性、この場合はBrの改善が、表3に示されている。
比較製品1に示した組成の合金をメルト・スピニングして、約150μmの粒径に微粉砕した。この粉末について、標準的なホール流量試験装置を用いて流動挙動の試験を行った。50グラムの粉末が標準的なホール流量計のオリフィス(2.54mm)を通過して流れるのに要する時間を測定した。メルト・スピニングされて微粉砕された粉末はオリフィスを通過して流れず、低い流動性を示した。流動挙動を改善するために、粉末をエポキシ樹脂のバインダ(2重量%)でコートして試験を行った。流動時間は34秒であった。
公称組成がNd23.3%、Co4%、B1.22%、Ti1.55%、Zr2.36%、Cu0.2%、および残部Feの合金を噴霧した。噴霧された平均粒径は55μmであった。この粉末について、比較製品4に示すように流動挙動の試験を行った。流動時間は17秒であった。
比較製品1に示した組成の合金をメルト・スピニングして、約100μm以下の粒径に微粉砕した。磁気的特性を最適化するために、この粉末をアニールした。次いで、この粉末を約260℃の温度に最高で200時間まで曝し、残留磁気の損失率を測定した。その結果を表4の比較製品5に示す。
公称組成がNd22.6%、Co9%、B1.2%、Nb1.8%、Zr3.2%、Cu0.2%、C0.2%、残部Feの合金を噴霧して、約55μmの平均粒径にした。磁気的特性を最適化するために、この粉末をアニールした。この粉末を、比較製品5に示したように、異なった時間、260℃に曝すことによって試験を行った。残留磁気の損失の割合を、表4の実施例5に示す。
比較製品1に示した公称成分の合金をメルト・スピニングして約150μmの大きさの粉末に微粉砕し、磁気的特性を最適化するためにアニールした。バインダとしてエポキシ樹脂を用いて、直径約10mmおよび長さ約8mmの圧縮成形された磁石を作製した。磁性材料の含有率は、80体積%であった。この磁石を約100℃で2000時間エージングして、磁束損失を測定したところ5.2%であった。
比較製品1に示した公称組成の合金を、実施例1に示した遠心噴霧によって粉末化した。磁気的特性を最適化するために、この粒径約55μmの球状粉末をアニールした。比較製品6に示したように、磁気材料の含有率が80体積%の、圧縮成形された磁石を作製した。次いで、この磁石を100℃で2000時間エージングして、比較製品6に示したように磁束損失を測定した。磁束損失は2.8%であった。
60体積%の磁性材料の含有率を達成するために、比較製品1のアニールされた粉末をポリアミドのバインダと配合した。この配合物の見かけ粘度を、細管レオメータを用いて240℃における剪断速度の関数として決定した。その値を表5の比較製品7に示す。
実施例1に示した磁粉を、この実施例ではアニールした状態で用いた。次いで、この粉末を比較製品7に示したバインダと配合して、磁性材料の体積含有率を62%にした。この配合物の粘度を、比較製品7に示したように剪断速度の関数として決定した。それを表5の実施例7に示す。
比較製品1に示した磁粉をアニールした状態で用いた。この粉末を、一般に約4.9キロガウスの磁石のBrを有するボンド磁石をもたらすことが知られている、55.4%の体積含有率で、ポリアミドのバインダと配合した。この配合した材料を用いて、きわめて小型(外径2.5mm×内径1.0mm×長さ2.0mm)のボンド磁石を射出成形した。この部品を磁化した後、磁束計プローブを備えた特殊な治具で磁気的特性を測定した。この小型磁石の表面からの固定距離における磁場の強さは、実際の磁石のBrの約3.9キロガウスに相当する580±50ガウスであった。
本実施例では、実施例1の噴霧された粉末を用いた。比較製品8に示したように、磁気的特性を最適化するために、この粉末をアニールした。次いで、この粉末を、一般に約4.9キロガウスの磁石のBrを有するボンド磁石をもたらすことが知られている64.7%の体積含有率で、比較製品8に記載したポリアミドのバインダと配合した。やはり比較製品8に示したように、きわめて小型のボンド磁石を得るために、この粉末を射出成形した。やはり比較製品8に示したように、この部品を磁化した後、磁束計プローブを備えた特殊な治具で磁気的特性を測定した。この小型磁石の表面からの固定距離における磁場の強さは、実際の磁石のBrの約4.8キロガウスに相当する720±20ガウスであった。
Claims (48)
- 噴霧法によって得られる磁粉から製造されるボンド磁石であって、前記磁粉が、約15重量%〜約25重量%のRE、約0.8重量%〜約2.0重量%のBおよび約1重量%〜約10重量%のTを含有し、残部がFe、Coまたはそれらの混合物からなり、REは、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Er、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、YbおよびLuからなる群から選択される1種または複数の希土類元素であり、Tは、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、MoおよびWからなる群から選択される1種または複数の元素であるボンド磁石。
- 磁粉が、主な磁気相として実質的に式Nd2Fe14Bで表される冶金的に複雑な構造を有する、請求項1に記載のボンド磁石。
- 磁粉が、約18重量%〜約20重量%のNd、約1.8重量%〜約2.2重量%のTi、約3.8重量%〜約4.2重量%のZrおよび約1.4重量%〜約1.8重量%のBを含有し、残部がFeからなる、請求項1に記載のボンド磁石。
- 磁粉が、約23重量%〜約24重量%のNd、約3.8重量%〜約4.2重量%のCo、約1.1重量%〜約1.3重量%のB、約1.4重量%〜約1.6重量%のTi、約2.2重量%〜約2.4重量%のZrおよび約0.1重量%〜約0.3重量%のCuを含有し、残部がFeからなる、請求項1に記載のボンド磁石。
- 磁粉が、1重量%以下の量のCu、Si、Al、SnおよびGaのうちの1種または複数をさらに含む、請求項1に記載のボンド磁石。
- 磁粉が、約22重量%〜約23重量%のNd、約8重量%〜約10重量%のCo、約1.1重量%〜約1.3重量%のB、約1.7重量%〜約1.8重量%のNb、約3.1重量%〜約3.3重量%のZr、約0.1重量%〜約0.3重量%のCuおよび約0.1重量%〜約0.3重量%のCを含有し、残部がFeからなる、請求項5に記載のボンド磁石。
- 磁粉が実質的に球形で約1μm〜約200μmの範囲の直径を有する、請求項1に記載のボンド磁石。
- 磁粉が、実質的に球形で約1μm〜約200μmの範囲の直径を有する粒子と、長さが約50μm〜約500μm、厚さが約20μm〜約100μmである薄片状粒子との混合物を含む、請求項1に記載のボンド磁石。
- 等方性である、請求項1に記載のボンド磁石。
- 噴霧法が、ガス噴霧、遠心噴霧、水噴霧、真空噴霧、プラズマ溶射およびスパッタリングのうちの1つまたは複数から選択される、請求項1に記載のボンド磁石。
- 熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、金属、およびそれらの混合物からなる群から選択されるバインダをさらに含む、請求項1に記載のボンド磁石。
- バインダが、ポリアミド、PPS、天然ゴム、合成ゴム、またはエポキシ樹脂である、請求項11に記載のボンド磁石。
- 圧縮成形、押出し成形、射出成形、カレンダ加工、スクリーン印刷、スピン・キャスティング、スラリー・コーティング、またはそれらの組合せによって得られる、請求項11に記載のボンド磁石。
- 射出成形によって得られる、請求項13に記載のボンド磁石。
- 4回の射出成形サイクル後の固有保磁力の損失が約5%以下である、請求項14に記載のボンド磁石。
- 磁粉およびバインダの混合物から製造される、請求項11に記載のボンド磁石。
- 磁粉が約40体積%〜約99体積%の磁粉−バインダ混合物を含む請求項16に記載のボンド磁石であって、内部損失が約4%以下であるボンド磁石。
- 磁粉が約63%以上の磁粉−バインダ混合物を含む請求項16に記載のボンド磁石であって、割れおよび/または物理的な歪みがなく、通常の成形装置を用いて製造することができるボンド磁石。
- 磁粉−バインダ混合物が、約20秒−1以上の剪断速度および約240℃の温度で約500ポイズ以下の見かけ粘度を有する、請求項16に記載のボンド磁石。
- 磁粉が約2グラム毎秒以上の速度で標準的なオリフィスを通過して流れる、請求項1に記載のボンド磁石。
- 磁粉が約3.5グラム毎秒以上の速度で標準的なオリフィスを通過して流れる、請求項20に記載のボンド磁石。
- 約260℃の温度に約200時間曝した場合の残留磁気の損失が約30%以下である、請求項1に記載のボンド磁石。
- 約100℃の温度で約2000時間エージングした場合の磁束損失が約3%以下である、請求項1に記載のボンド磁石。
- 全体積が約50mm3以下であり、最大寸法が約5mm以下である、請求項1に記載のボンド磁石。
- 約4.0キロガウス以上のBr値を有する、請求項24に記載のボンド磁石。
- ボンド磁石を製造する方法であって、
(a)約15重量%〜約25重量%のRE、約0.8重量%〜約2.0重量%のBおよび約1重量%〜約10重量%のTを含有し、残部がFe、Coまたはそれらの混合物からなり、REが、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Er、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm、YbおよびLuからなる群から選択される1種または複数の希土類元素であり、Tが、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、MoおよびWからなる群から選択される1種または複数の元素である溶融物を生成するステップと、
(b)前記溶融物を噴霧して磁粉を得るステップと、
(c)前記磁粉を熱処理するステップと、
(d)前記磁粉をバインダと混合またはバインダでコートするステップと、
(e)前記磁粉およびバインダをプレス加工および/または成形するステップとを含む方法。 - 磁粉が、主な磁気相として実質的に式Nd2Fe14Bで表される冶金的に複雑な構造を有する、請求項26に記載の方法。
- 溶融物が、1重量%以下の量のCu、Si、Al、SnおよびGaのうちの1種または複数をさらに含む、請求項26に記載の方法。
- 噴霧するステップが、ガス噴霧、遠心噴霧、水噴霧、真空噴霧、プラズマ溶射およびスパッタリングのうちの1つまたは複数の方法によって実施される、請求項26に記載の方法。
- 噴霧するステップが、ホイールを約20,000rpm以上の速度で回転させることによる遠心噴霧を含み、得られた磁粉をヘリウム中で冷却する、請求項26に記載の方法。
- 噴霧するステップが、ホイールを約20,000rpm〜約35,000rpmで回転させることによる遠心噴霧を含み、得られた磁粉をヘリウム中で冷却する、請求項26に記載の方法。
- 噴霧するステップが、ホイールを約24,000rpm〜約33,000rpmで回転させることによる遠心噴霧を含み、得られた磁粉をヘリウム中で冷却する、請求項26に記載の方法。
- 磁粉が実質的に球形で約1μm〜約200μmの範囲の直径を有する、請求項26に記載の方法。
- 磁粉が、実質的に球形で約1μm〜約200μmの範囲の直径を有する粒子と、長さが約50μm〜約500μm、厚さが約20μm〜約100μmである薄片状粒子との混合物を含む、請求項26に記載の方法。
- 熱処理するステップが磁粉をアニールするステップを含む、請求項26に記載の方法。
- バインダが、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、金属、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項26に記載の方法。
- バインダが、ポリアミド、PPS、天然ゴム、合成ゴム、またはエポキシ樹脂である、請求項36に記載の方法。
- プレス加工および/または成形するステップが、圧縮成形、押出し、射出成形、カレンダ加工、スクリーン印刷、スピン・キャスティング、スラリー・コーティング、またはそれらの組合せを含む、請求項26に記載の方法。
- ボンド磁石を得るために磁粉およびバインダを射出成形する、請求項38に記載の方法。
- 4回の射出成形サイクル後に、ボンド磁石の固有保磁力の損失が約5%以下である、請求項39に記載の方法。
- 磁粉−バインダ混合物中の磁粉の体積含有率が約40%〜約99%であり、磁石の内部損失が約4%以下である、請求項39に記載の方法。
- 磁粉−バインダ混合物中の磁粉の体積含有率が約63%以上であり、磁石には割れおよび/または物理的な歪みがなく通常の成形装置を用いて製造することできる、請求項39に記載の方法。
- 磁粉が約2グラム毎秒以上の速度で標準的なホール流量計のオリフィスを通過して流れる、請求項26に記載の方法。
- 磁粉が約3.5グラム毎秒以上の速度で標準的なホール流量計のオリフィスを通過して流れる、請求項43に記載の方法。
- 磁粉−バインダ混合物が、約20秒−1以上の剪断速度および約240℃の温度で約500ポイズ以下の見かけ粘度を有する、請求項26に記載の方法。
- 約260℃の温度に約200時間曝した場合のボンド磁石の残留磁気損失が約30%以下である、請求項26に記載の方法。
- 約100℃の温度で約2000時間エージングした場合のボンド磁石の磁束損失が約3%以下である、請求項26に記載の方法。
- 磁粉およびバインダを硬化させるステップをさらに含む、請求項26に記載の方法。
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