JP2009238996A

JP2009238996A - Bond magnet

Info

Publication number: JP2009238996A
Application number: JP2008082806A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tsutsumi; 慎一堤; Hiroki Asai; 弘紀浅井
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2008-03-27
Publication date: 2009-10-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bond magnet that improves mechanical strength and magnetic characteristics. <P>SOLUTION: The density of the bond magnet barely changes when the content of carbon nanotubes is ≤0.05 wt.%, however it suddenly decreases from around the time when the content of carbon nanotubes exceeds 0.05 wt.%. Meanwhile, the mechanical strength (ring compression strength) remarkably increases around the time when the content of carbon nanotubes is 0.05 wt.%, and then decreases to substantially the same level of strength as the content of carbon nanotubes is 0 around the time when the content of carbon nanotubes is 0.1 wt.%. From these data, it is found that the mechanical strength of the bond magnet can be improved by including carbon nanotubes at ≤0.1 wt.%. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、
1206507746171_0
などの磁性粉と、樹脂とを含むボンド磁石に関する。 The present invention
1206507746171_0
The present invention relates to a bonded magnet containing magnetic powder such as resin and resin.

このような技術分野において、特に高強度を有するボンド磁石に関して特許文献１に記載の発明が知られている。この特許文献１には、希土類磁性粉末と、樹脂と、炭素繊維等の繊維とを含むボンド磁石が記載されている。特許文献１に記載の発明は、このように所定の長さおよび直径を有する炭素繊維等の繊維を含むことから、ボンド磁石の機械的強度を向上させることができる。
特開２００５−２６００１６号公報 In such a technical field, the invention described in Patent Document 1 is known particularly with respect to a bonded magnet having high strength. This patent document 1 describes a bonded magnet including rare earth magnetic powder, resin, and fibers such as carbon fibers. Since the invention described in Patent Document 1 includes fibers such as carbon fibers having a predetermined length and diameter as described above, the mechanical strength of the bond magnet can be improved.
JP 2005-260016 A

しかしながら、上記特許文献１に記載の発明では、繊維の含有により、磁気特性が低下するという問題が生じていた。 However, the invention described in Patent Document 1 has a problem that the magnetic properties are lowered due to the inclusion of fibers.

このため、本発明は、以上のような問題を解決するものであり、機械的強度および磁気特性を向上させるボンド磁石を提供することを目的とする。 For this reason, this invention solves the above problems, and it aims at providing the bond magnet which improves mechanical strength and a magnetic characteristic.

本発明は、磁石粉末と、樹脂バインダーと、カーボンナノチューブと、を混合して成形される。 The present invention is formed by mixing magnet powder, a resin binder, and carbon nanotubes.

本発明によれば、カーボンナノチューブを混合して成形されることから、機械的強度および磁気特性を向上させることが可能となる。 According to the present invention, since carbon nanotubes are mixed and molded, it is possible to improve mechanical strength and magnetic characteristics.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、本発明に係るボンド磁石を用いたモータの側断面を示す図である。また、図２は、本発明に係るボンド磁石５を示す斜視図である。 FIG. 1 is a side view of a motor using a bonded magnet according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing the bonded magnet 5 according to the present invention.

図１において、１は電子機器（例えばレーザプリンター）の配線基板で、本体ケース（図示せず）内において垂直方向に配置されている。また、この配線基板１上にはモータ２が実装されている。 In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a wiring board of an electronic device (for example, a laser printer), which is arranged in a vertical direction in a main body case (not shown). A motor 2 is mounted on the wiring board 1.

モータ２は、図１および図２に示すように、板状体を積層して形成したステータ３と、このステータ３の外周に回転自在に配置した、下面が開放した円筒状のロータ４とを備える。そして、このロータ４の内周には、所定間隔ごとにＮ極とＳ極に交互（隣接極が異極）に着磁された円筒形状の磁石５が固定されている。また、ステータ３の外周部には、図１および図２に示すように、電磁石用のコイル６が巻回されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the motor 2 includes a stator 3 formed by laminating plate-like bodies, and a cylindrical rotor 4 having an open bottom surface that is rotatably disposed on the outer periphery of the stator 3. Prepare. A cylindrical magnet 5 is fixed to the inner periphery of the rotor 4. The magnet 5 is magnetized alternately in N and S poles (adjacent poles are different from each other) at predetermined intervals. Further, as shown in FIGS. 1 and 2, an electromagnet coil 6 is wound around the outer periphery of the stator 3.

すなわち、コイル６に交流電力を加えることにより各磁極３ａを交互に、Ｎ極とＳ極に着磁し、その外周に存在する円筒形状のボンド磁石５との間で吸引力と反発力とを発生
させ、ロータ４の回転駆動力としている。 That is, by applying AC power to the coil 6, the magnetic poles 3 a are alternately magnetized to the N pole and the S pole, and an attractive force and a repulsive force are generated between the cylindrical bond magnet 5 existing on the outer periphery thereof. The rotational driving force of the rotor 4 is generated.

ステータ３は、保持部３ｃを介して配線基板１に固定されている。そして、このステータ３の内周に複数のベアリング７が設けられている。 The stator 3 is fixed to the wiring board 1 via a holding portion 3c. A plurality of bearings 7 are provided on the inner periphery of the stator 3.

そして、このベアリング７群部分を上下方向に貫通した駆動軸８が設けられている。なお、この駆動軸８の上端はロータ４の天面４ａに固定されている。 And the drive shaft 8 which penetrated this bearing 7 group part to the up-down direction is provided. Note that the upper end of the drive shaft 8 is fixed to the top surface 4 a of the rotor 4.

したがって、コイル６の交流電力を加え、各磁極３ａを交互に、Ｎ極とＳ極とに着磁し、ボンド磁石５との間で、吸引力と反発力とを発生させれば、ロータ４がこの駆動軸８を中心に回転し、またその回転力は駆動軸８を介して紙送り用ローラに伝達されるようになっている。 Therefore, if AC power of the coil 6 is applied, the magnetic poles 3a are alternately magnetized to the N pole and the S pole, and an attractive force and a repulsive force are generated between the bond magnet 5 and the rotor 4 Is rotated around the drive shaft 8 and the rotational force is transmitted to the paper feed roller via the drive shaft 8.

具体的には、本実施形態では、駆動軸８の下端は配線基板１の貫通孔１ａを貫通して配線基板１の下に伸ばされ、この駆動軸８の下部に歯車（図示しない）が装着され、この歯車にギヤボックス（図示しない）が連結され、それによってレーザプリンタにおける複数の紙送り用ローラ（図示しない）が回動し、これにより紙送りが行われる。 Specifically, in this embodiment, the lower end of the drive shaft 8 extends through the through hole 1a of the wiring board 1 and extends below the wiring board 1, and a gear (not shown) is attached to the lower portion of the drive shaft 8. Then, a gear box (not shown) is connected to the gear, thereby rotating a plurality of paper feeding rollers (not shown) in the laser printer, thereby feeding the paper.

また、配線基板１上のボンド磁石５の下端対応部分の表面上（下面側でもよい）には、磁気検出素子としてホールＩＣ９が実装される。そして、周知のとおりに、このホールＩＣ９により、ロータ４の回転スピードや回動量（位置）を検出し、回転数制御を行うようになっている。 In addition, a Hall IC 9 is mounted as a magnetic detection element on the surface (or the lower surface side) of the portion corresponding to the lower end of the bond magnet 5 on the wiring board 1. As is well known, the Hall IC 9 detects the rotation speed and rotation amount (position) of the rotor 4 and controls the rotation speed.

なお、ボンド磁石５は、磁石粉末と、樹脂バインダーと、カーボンナノチューブと、を混合して成形される。このボンド磁石５は、カーボンナノチューブを混合しているため、高機械的強度であり、かつ、高磁気特性を有している。 Bond magnet 5 is formed by mixing magnet powder, a resin binder, and carbon nanotubes. Since the bond magnet 5 is mixed with carbon nanotubes, the bond magnet 5 has high mechanical strength and high magnetic properties.

以下、本発明に係るボンド磁石５の製造工程について説明する。図３は、ボンド磁石５の製造工程を示すフロー図である。 Hereinafter, the manufacturing process of the bonded magnet 5 according to the present invention will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the manufacturing process of the bonded magnet 5.

まず、固形の樹脂とカーボンナノチューブとを有機溶剤で溶かし樹脂溶液を製作する（ステップＳ１）。ここで、カーボンナノチューブとしては、平均繊維径を５乃至１０ｎｍ、長さを１００μｍであるものを使用することが好ましく、固形の樹脂としては、エポキシ樹脂を使用することが好ましい。次に、ステップＳ１で製作された樹脂溶液と磁石粉末とを湿式混練する（ステップＳ２）。ここで、磁石粉末としては、ＮｄＦｅＢの磁石粉末を使用することが好ましい。ステップＳ２で湿式混練された材料を乾燥し、平均粒子径１００乃至２００μｍ程度に粉砕する（ステップＳ３）。そして、ステップＳ３で粉砕されて粉末となった材料に対して滑剤を添加および混合し、磁石コンパウンドを完成させる（ステップＳ４）。その後、ステップＳ４で完成された磁石コンパウンドを、圧縮成形機内に入れ、図２に示すような円筒形状に成形して硬化する（ステップＳ５）。 First, a solid resin and a carbon nanotube are dissolved in an organic solvent to produce a resin solution (step S1). Here, it is preferable to use carbon nanotubes having an average fiber diameter of 5 to 10 nm and a length of 100 μm, and it is preferable to use an epoxy resin as the solid resin. Next, the resin solution manufactured in step S1 and the magnet powder are wet-kneaded (step S2). Here, it is preferable to use NdFeB magnet powder as the magnet powder. The material wet-kneaded in step S2 is dried and pulverized to an average particle size of about 100 to 200 μm (step S3). Then, a lubricant is added and mixed to the material pulverized in step S3 to complete the magnet compound (step S4). Thereafter, the magnet compound completed in step S4 is put into a compression molding machine, and is molded into a cylindrical shape as shown in FIG. 2 and cured (step S5).

次に、ボンド磁石５に対するカーボンナノチューブの含有量と、ボンド磁石５の機械的強度および密度との関係について説明する。 Next, the relationship between the content of carbon nanotubes in the bond magnet 5 and the mechanical strength and density of the bond magnet 5 will be described.

図４は、ボンド磁石５に対するカーボンナノチューブの含有量と、ボンド磁石５の機械的強度および密度との関係を示す図である。なお、ここで、機械的強度を以下の式（１）の圧環強度で求め、密度をアルキメデス法で求めている。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the content of carbon nanotubes relative to the bond magnet 5 and the mechanical strength and density of the bond magnet 5. Here, the mechanical strength is obtained by the crushing strength of the following formula (1), and the density is obtained by the Archimedes method.

Ｋ＝Ｆ×（Ｄ−ｅ）／Ｌ×ｅ^２・・・式（１）
（Ｋ：圧環強度（Ｎ／ｍｍ^２）、Ｆ：破壊したときの最大荷重（Ｎ）、Ｌ：中空円筒の
長さ（ｍｍ）、Ｄ：中空円筒の外径（ｍｍ）、ｅ：中空円筒の壁厚（ｍｍ））
図４に示すように、密度については、カーボンナノチューブの含有量が０．０５ｗｔ．％以下の場合ではほぼ変化が生じていない。しかしながら、カーボンナノチューブの含有量が０．０５ｗｔ．％を超えた辺りから、急激に低下している。 K = F × (D−e) / L × e ² Formula (1)
(K: crushing strength (N / mm ² ), F: maximum load at break (N), L: length of hollow cylinder (mm), D: outer diameter (mm) of hollow cylinder, e: hollow cylinder Wall thickness (mm))
As shown in FIG. 4, regarding the density, the content of carbon nanotubes was 0.05 wt. In the case of% or less, there is almost no change. However, the carbon nanotube content is 0.05 wt. From around the%, it has dropped sharply.

一方、機械的強度（圧環強度）については、カーボンナノチューブの含有量が０．０５ｗｔ．％付近で著しく強度が上昇している。そして、カーボンナノチューブの含有量が０．１ｗｔ．％付近で、カーボンナノチューブの含有量が０の場合と、略同一の強度にまで低下している。 On the other hand, regarding the mechanical strength (crushing strength), the carbon nanotube content is 0.05 wt. The strength is remarkably increased in the vicinity of%. The carbon nanotube content is 0.1 wt. In the vicinity of%, the carbon nanotube content decreases to substantially the same strength as when the content is zero.

以上から、カーボンナノチューブを０．１ｗｔ．％以下の割合で含有すると、カーボンナノチューブを含有しない場合と比較して、機械的強度を向上させることができ、特に、カーボンナノチューブを０．０５ｗｔ．％以下の割合で含有すると、さらに機械的強度を向上させることができることがわかる。なお、一般的には、圧縮成形の場合には、磁石の密度と強度との間は比例関係にあるとされており、強度の低下は、密度の低下によるところが大きいと考えられている。 From the above, it was confirmed that 0.1 wt. %, The mechanical strength can be improved as compared with the case where no carbon nanotube is contained. It can be seen that the mechanical strength can be further improved when it is contained in a proportion of not more than%. In general, in the case of compression molding, the density and strength of the magnet are in a proportional relationship, and it is considered that the decrease in strength is largely due to the decrease in density.

また、図５は、本発明に係るボンド磁石を用いたモータを回転させた場合の回転数と磁石の割れ数とを、カーボンナノチューブの含有量毎に示す図である。なお、図５においては、温度８０℃の条件下で、カーボンナノチューブの含有量毎にそれぞれ所定の回転数で１０回の実験を行っている。 Moreover, FIG. 5 is a figure which shows the rotation speed at the time of rotating the motor using the bonded magnet which concerns on this invention, and the number of cracks of a magnet for every content of a carbon nanotube. In FIG. 5, an experiment is performed 10 times at a predetermined rotation number for each carbon nanotube content under the condition of a temperature of 80 ° C.

図５に示すように、カーボンナノチューブを含有していない場合には、４００００（ｒ／ｍｉｎ）以上において、割れ数が徐々に増加している。また、カーボンナノチューブを０．１ｗｔ．％の割合で含有した場合には、４２５００（ｒ／ｍｉｎ）以上において、割れ数が徐々に増加している。これに対し、カーボンナノチューブを０．０１ｗｔ．％の割合で含有した場合、および、０．０５ｗｔ．％の割合で含有した場合には、いずれの回転数においても割れ数が０の状態を維持している。 As shown in FIG. 5, when the carbon nanotube is not contained, the number of cracks gradually increases at 40000 (r / min) or more. Carbon nanotubes were added in an amount of 0.1 wt. %, The number of cracks gradually increases at 42500 (r / min) or more. In contrast, 0.01 wt. % And 0.05 wt. %, The number of cracks is maintained at 0 at any number of rotations.

以上から、カーボンナノチューブを０．０１ｗｔ．％乃至０．０５ｗｔ．％の割合で含有した場合には、特に機械的強度を向上させることができることがわかる。また、カーボンナノチューブを０．０１ｗｔ．％乃至０．０５ｗｔ．％の割合で含有した場合には、特にモータの回転数を４００００（ｒ／ｍｉｎ）以上とするときに、好ましいことがわかる。 From the above, the carbon nanotubes were 0.01 wt. % To 0.05 wt. It can be seen that the mechanical strength can be particularly improved when it is contained in a percentage. Also, carbon nanotubes were added at 0.01 wt. % To 0.05 wt. It can be seen that it is preferable when the content is in the ratio of%, particularly when the rotational speed of the motor is set to 40000 (r / min) or more.

次に、ボンド磁石５に対するカーボンナノチューブの含有量と、ボンド磁石５の磁気特性との関係について説明する。 Next, the relationship between the carbon nanotube content with respect to the bond magnet 5 and the magnetic properties of the bond magnet 5 will be described.

図６は、ボンド磁石５に対するカーボンナノチューブの含有量とボンド磁石５の磁気特性との関係を示す図である。なお、ここで、残留磁束密度は、磁石の吸引力に影響するものであり、残留磁束密度が高いと磁石の吸引力も強くなる。従って、モータの回転力も強くなる。また、保磁力は、外部磁界を取り去った時の磁束量を示し、保磁力が大きければ熱や逆磁界に対して強い磁石であることが言える。また、最大エネルギー積は、単位体積当たりの磁石が外部に作る静磁エネルギーの最大値であり、この最大エネルギー積が大きければ、モータの動作点での磁力が高くなる。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the content of carbon nanotubes in the bond magnet 5 and the magnetic properties of the bond magnet 5. Here, the residual magnetic flux density affects the attractive force of the magnet. If the residual magnetic flux density is high, the attractive force of the magnet also becomes strong. Accordingly, the rotational force of the motor is also increased. The coercive force indicates the amount of magnetic flux when the external magnetic field is removed. If the coercive force is large, it can be said that the magnet is strong against heat and a reverse magnetic field. The maximum energy product is the maximum value of magnetostatic energy generated by a magnet per unit volume. If this maximum energy product is large, the magnetic force at the operating point of the motor is high.

残留磁束密度Ｂｒについては、カーボンナノチューブを０．０１ｗｔ．％および０．０５ｗｔ．％の割合で含有した場合は、カーボンナノチューブを含有しない場合と、同程度となっている。次に、保磁力Ｈｃｊについては、カーボンナノチューブを０．０５ｗｔ．％および０．１ｗｔ．％の割合で含有した場合は、カーボンナノチューブを含有しない
場合よりも大きくなっている。そして、最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘについては、カーボンナノチューブを０．０１ｗｔ．％および０．０５ｗｔ．％の割合で含有した場合は、カーボンナノチューブを含有しない場合よりも大きくなっている。 Regarding the residual magnetic flux density Br, the carbon nanotubes were 0.01 wt. % And 0.05 wt. %, It is almost the same as the case where no carbon nanotube is contained. Next, for the coercive force Hcj, 0.05 wt. % And 0.1 wt. When it contains in the ratio of%, it is larger than the case where it does not contain a carbon nanotube. And about the maximum energy product (BH) max, a carbon nanotube is 0.01 wt. % And 0.05 wt. When it contains in the ratio of%, it is larger than the case where it does not contain a carbon nanotube.

以上を総合して考えると、カーボンナノチューブを０．１ｗｔ．％以下の割合で含有した場合には、磁気特性を向上させることができることがわかる。特に、カーボンナノチューブを０．０５ｗｔ．％の割合で含有した場合には、さらに磁気特性を向上させることができることがわかる。 Considering all of the above, the carbon nanotubes are 0.1 wt. It can be seen that the magnetic properties can be improved when it is contained in a proportion of not more than%. In particular, carbon nanotubes were added at 0.05 wt. It can be seen that the magnetic properties can be further improved when it is contained in a percentage.

これらの結果からわかるように、カーボンナノチューブを０．１ｗｔ．％以下の割合で含有した場合に、機械的強度および磁気特性を向上させることができ、また、カーボンナノチューブを０．０１ｗｔ．％乃至０．０５ｗｔ．％の割合で含有した場合には、機械的強度および磁気特性をさらに向上させることができる。 As can be seen from these results, 0.1 wt. %, The mechanical strength and magnetic properties can be improved, and the carbon nanotubes are 0.01 wt. % To 0.05 wt. When contained in a proportion of%, mechanical strength and magnetic properties can be further improved.

本発明に係るボンド磁石は、機械的強度および磁気特性をさらに向上させることができ、特に高速回転で用いられるモータに搭載されるボンド磁石等として有用である。 The bonded magnet according to the present invention can further improve the mechanical strength and magnetic properties, and is particularly useful as a bonded magnet or the like mounted on a motor used for high-speed rotation.

本発明に係るボンド磁石を用いたモータの側断面を示す図The figure which shows the side cross section of the motor using the bonded magnet which concerns on this invention 本発明に係るボンド磁石５を示す斜視図The perspective view which shows the bond magnet 5 which concerns on this invention ボンド磁石５の製造工程を示すフロー図Flow diagram showing manufacturing process of bonded magnet 5 ボンド磁石５に対するカーボンナノチューブの含有量と、ボンド磁石５の機械的強度および密度との関係を示す図The figure which shows the relationship between content of the carbon nanotube with respect to the bond magnet 5, and the mechanical strength and density of the bond magnet 5 本発明に係るボンド磁石を用いたモータを回転させた場合の回転数と磁石の割れ数とを、カーボンナノチューブの含有量毎に示す図The figure which shows the rotation speed at the time of rotating the motor using the bond magnet which concerns on this invention, and the number of cracks of a magnet for every content of a carbon nanotube ボンド磁石５に対するカーボンナノチューブの含有量とボンド磁石５の磁気特性との関係を示す図The figure which shows the relationship between content of the carbon nanotube with respect to the bond magnet 5, and the magnetic characteristic of the bond magnet 5

Explanation of symbols

１配線基板
２モータ
３ステータ
３ａ磁極
３ｃ保持部
４ロータ
５磁石
６コイル
７ベアリング
８駆同軸
９ホールＩＣ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wiring board 2 Motor 3 Stator 3a Magnetic pole 3c Holding part 4 Rotor 5 Magnet 6 Coil 7 Bearing 8 Drive coaxial 9 Hall IC

Claims

A bonded magnet formed by mixing magnet powder, a resin binder, and carbon nanotubes.

The bonded magnet according to claim 1, wherein the carbon nanotubes are mixed at a ratio of 0.1 wt% or less.

A motor using the bonded magnet according to claim 1.

The motor according to claim 3, wherein the motor rotates at a rotational speed of 40000 (r / min) or more.