JP2010123706A - 希土類ボンド磁石の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性の低下を生じず、かつ十分な機械的強度を有するボンド磁石を得ることができる希土類ボンド磁石の製造方法を提供する。
【解決手段】フレーク状の希土類磁性粉を１次粒子として、当該１次粒子と熱硬化性樹脂を混合して金型内で圧縮成形し、硬化処理して粉砕することによって２次粒子を得、当該２次粒子を熱可塑性樹脂と混合して射出成形する。２次粒子を構成する1次粒子はフレーク状の平面同士が接合された状態で複数が積層されており、２次粒子の長径（Ｌ）と厚み（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）は３以下である。
【選択図】図３

Description

本発明は希土類ボンド磁石の製造方法に関し、特に、ＤＣブラシレスモータの界磁用ロータや小型センサー等に使用される薄肉小型の希土類ボンド磁石の製造方法に関する。

この種のボンド磁石の製造方法として、磁気性能に優れたＮｄＦｅＢ系あるいはＳｍＦｅＮ系の希土類磁性粉と樹脂バインダーを混合して射出成形する方法が知られている。具体的には、上記磁性粉をカップリング処理し（図４のステップ２００）、これをナイロン１２やＰＰＳ等の熱可塑性樹脂バインダーと混合する（図４のステップ２０１）。混合物を２軸混練機でペレット化し（図４のステップ２０２）、これを射出成形して目的形状の成形品を得る（図４のステップ２０３）。この後、成形品を磁化して所望の磁気パターンを有するボンド磁石を得、モータや各種センサーなどに実装している。ところで、自動車電装用途ではモータの小型化、軽量化、高トルク化の要求が大きく、これに応じてボンド磁石を小型化、高磁力化しようとするとバインダーの比率を下げて、磁性粉の充填率を高める必要がある。

なお、特許文献１には、希土類ボンド磁石を安価に再生利用するために、熱硬化性樹脂を含有した希土類ボンド磁石の粉砕粉と熱可塑性樹脂との混合物を、成形および着磁した希土類磁石材料が開示されている。
特開平６−２６０３１４

しかし、超急冷法により製造される希土類磁性粉は扁平なフレーク状をしており、その充填率を高めると、２軸混練機のスクリュートルクが過大となって設備が停止したり、射出成形金型内の流動不能によるショートショットが生じて生産性や品質が低下するという問題があった。加えて、図５に示すように、リング状モータ用磁石は通常多点ゲートで射出成形される。図５は、６箇所のゲート１から溶湯が射出される（図中矢印）場合を示している。この場合、ゲート１間の境界面で、射出された原料溶融物のメルトフロントが会合衝突し、この会合面部Ｘで、扁平な磁性粉Ｐ3（図６）はその殆どが流れに対して垂直方向に配向する。このため、会合面部Ｘの磁性粉相互の凝集力が低下して、モータ回転中あるいは温度環境の変動によって会合面部Ｘが破損するという問題があった。なお、図６中、Ｌ3は熱可塑性樹脂である。

そこで、本発明は上記課題を解決するもので、生産性の低下を生じないとともに、十分な機械的強度を有するボンド磁石を得ることができる希土類ボンド磁石の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の希土類ボンド磁石の製造方法は、フレーク状の希土類磁性粉を１次粒子として、当該１次粒子と熱硬化性樹脂を混合して金型内で圧縮成形し、成形物を硬化処理し粉砕することによって２次粒子を得、当該２次粒子を熱可塑性樹脂と混合して射出成形することを特徴とする。

本発明において、１次粒子たるフレーク状の希土類磁性粉と熱硬化性樹脂を混合してこれらを金型内で圧縮すると、図１に示すように、１次粒子Ｐ1のフレーク状の平面同士が熱硬化樹脂Ｌ1で接合された状態で複数の１次粒子Ｐ1が積層された２次粒子Ｐ2が多数得られる。この２次粒子Ｐ2は厚みがあり、１次粒子の長径と厚みの比（Ｌ／Ｄ）が４〜１８程度もあるのに対してＬ／Ｄを３以下にできるからその流動性が増す。

これにより、２次粒子と熱可塑性樹脂の混合物を混練する際の、２軸混練機における過大なスクリュートルクの発生が回避されて設備停止のおそれが無くなるとともに、射出成形時の金型内の流動不能によるショートショットの発生が回避される。このようにして射出成形されたボンド磁石は、メルトフロントの会合面における流れに垂直な方向のみへの磁性粉の配向が解消される結果、会合面部分における機械的強度の低下が防止される。なお、図２には、メルトフロントの会合面部分Ｘにおけるボンド磁石の概念的な組織図を示し、図中、Ｌ2は熱可塑性樹脂である。

以上のように、本発明の製造方法によれば、生産性の低下を回避できるとともに、得られた希土類ボンド磁石は十分な機械的強度を発揮する。

２次粒子の製造は、より具体的には以下のように行う。超急冷法により製造されたフレーク状のＮｄＦｅＢ系またはＳｍＦｅＮ系の希土類磁性粉を平均粒径１０〜１００μｍに粉砕して１次粒子とし（図３のステップ１００）、これを必要に応じカップリング処理した後に熱硬化性樹脂と混合する（図３のステップ１０１）。熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂などが使用できる。

１次粒子と熱硬化性樹脂の混合物を円柱状あるいはリング状の金型に充填して両面より圧縮する（図３のステップ１０２）。圧縮は室温または加熱下（１５０℃程度）において、５〜１０ｔｏｎ／ｃｍ2の加圧力で１次粒子を圧縮方向と直交する方向に配向させる。これにより、フレーク状の１次粒子が互いの平面で接合され積層される。この時の加圧装置は特に限定されないが、ローラコンパクタあるいは粉末プレス機が使用できる。加圧圧縮により成形された成形体を熱硬化性樹脂の硬化温度まで加熱して硬化させ（図３のステップ１０３）、硬化した成形体をピンミルあるいはハンマーミルなどで粉砕した後、さらに振動篩等で分級して２次粒子を得る（図３のステップ１０４）。

なお、１次粒子を互いに接合する熱硬化性樹脂は十分な結合力が必要であるが、特に射出成形温度すなわち熱可塑性樹脂の融点下でその結合力が熱分解により低下しないことが必要である。したがって、熱硬化性樹脂のＴＧＡ（熱重量分析）で測定される５％熱分解温度は、熱可塑性樹脂の融点以上であることが必要である。また、急激な加圧は１次粒子が積層状態とならず、これら１次粒子間に空隙が形成されて２次粒子の強度が弱くなり、射出成形に際して２次粒子の破壊につながるから好ましくない。

上記２次粒子は、これを構成する1次粒子が互いにその平面で熱硬化性樹脂により接合された構造を有し、２次粒子の長径と厚みの比（Ｌ／Ｄ）は３以下とする。３より大きいと流動性に劣るため、設備停止やショートショットの発生、あるいはメルトフロントの会合面部における機械的強度の低下が回避できない。

２次粒子を得る際の加圧力は５〜１０ｔｏｎ／ｃｍ2が好ましい。５ｔｏｎ／ｃｍ2より低いと、一次粒子の積層数が減少してＬ／Ｄが３以下の２次粒子を得ることができなくなる。また、２次粒子を構成する１次粒子相互の間に空間を生じて、２次粒子と熱可塑性樹脂とを混練した後、射出成形する際に２次粒子の破壊が生じるおそれがある。一方、１０ｔｏｎ／ｃｍ2より大きいと、磁性粉に機械的歪が加わり磁気性能の低下をもたらすから好ましくない。

上記のようにして得られた２次粒子は熱可塑性樹脂と混合し（図３のステップ１０５）、二軸混練してペレットとする（図３のステップ１０６）。そしてこれを射出成形して所望の多点ゲートリング形の希土類ボンド磁石を得る（図３のステップ１０７）。熱可塑性樹脂としてはナイロン１２，ナイロン６，ＰＰＳなどが使用できる。必要に応じて酸化チタン、カーボン粉、硫酸バリウムなどのフィラーを混合添加することも可能である。ボンド磁石の表面には電着塗装、スプレー塗装、電界メッキあるいは無電解メッキなどの表面塗装を施すこともできる。

以下、表１に示す実施例と比較例について説明する。
［実施例１］
マグネクエンチ・インターナショナル社製超急冷ＮｄＦｅＢ系磁性粉を平均粒径１０〜１００μｍに粉砕して１次粒子とし、東レ・ダウコーニング社製シラン系カップリング剤Ｚ−６０９４にて表面処理したのちに大日本インキ化学製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂Ｎ−６７０と磁性粉換算で９０ｗｔ％となるような比率で混合し、平均粒径１１０μｍの混合物を得た。

混合物をローラーコンパクタにより、面圧５．２ｔｏｎ／ｃｍ2にて圧縮し、その後、１５０℃で３０分間加熱処理して硬化させた。硬化された成形体の平均粒径は１５０μｍだった。成形体をさらに振動ミルにて軽粉砕し粒径を調整した。このようにして得られた２次粒子の平均粒径は１２５μｍ、長径と厚みの比（Ｌ／Ｄ）は２．５であった。この2次粒子と呉羽化学工業製ＰＰＳを２軸混練後、射出成形し、外径φ２８ｍｍ，内径φ２５ｍｍ，高さ１５ｍｍの２点ゲートのリング状ボンド磁石を得た。ボンド磁石を射出成形する際に、２軸混練機の過負荷や金型内での溶湯の流動不能によるショートショットの発生は生じなかった。また、ボンド磁石の、メルトフロント会合面部分の破断強度は３１ＭＰａと十分大きなものであった。

［実施例２］
実施例１と同様の磁性粉、熱硬化性樹脂を用いて混合後、粉末プレス機にて９．５ｔｏｎ／ｃｍ2にて加圧して硬化させ外径７ｍｍ，高さ４ｍｍのペレットを成形し、これをハンマーミルにて粉砕後に粒度調整を行い平均粒径１３５μｍの２次粒子を得た。２次粒子の長径と厚みの比（Ｌ／Ｄ）は２．８であった。以降、実施例１と同様の条件で射出成形によりリング状のボンド磁石を得た。ボンド磁石成形の際に、２軸混練機の過負荷や金型内での溶湯の流動不能によるショートショットの発生は生じなかった。また、ボンド磁石の、メルトフロント会合面部分の破断強度は３９ＭＰａと十分大きなものであった。

［比較例１］
実施例１と同様の磁性粉と呉羽化学工業製ＰＰＳを２軸混練した後、射出成形して、外径φ２８ｍｍ，内径φ２５ｍｍ，高さ１５ｍｍの２点ゲートのリング状ボンド磁石を得た。この場合には、２軸混練機の過負荷や金型内での溶湯の流動不能によるショートショットの発生を生じることがあった。その上、ボンド磁石の、メルトフロント会合面部分の破断強度は１３ＭＰａと低く、機械的強度に劣る。

［比較例２］
ローラコンパクタによる混合物の圧縮を面圧３．０ｔｏｎ／ｃｍ２にした以外は、全て実施例１と同一条件で同形のボンド磁石を得た。この場合の２次粒子の平均粒径は１２９μｍ、長径と厚みの比（Ｌ／Ｄ）は３．７であった。これによると、ボンド磁石の、メルトフロント会合面部分の破断強度は１８ＭＰａと低くなり、機械的強度に劣る。

本発明方法により製造される２次粒子の断面図である。 本発明方法により製造されるボンド磁石の、メルトフロントの会合面部分におけるボンド磁石の概念的な組織図である。 本発明方法の工程を示すフローチャートである。 従来方法の工程を示すフローチャートである。 多点ゲートにより射出成形されるボンド磁石の概念的斜視図である。 従来方法により製造されるボンド磁石の、メルトフロントの会合面部分におけるボンド磁石の概念的な組織図である。

符号の説明

１…ゲート、Ｐ1…１次粒子、Ｐ2…２次粒子、Ｘ…会合面部。

Claims (3)

1. フレーク状の希土類磁性粉を１次粒子として、当該１次粒子と熱硬化性樹脂を混合して金型内で圧縮成形し、成形物を硬化処理し粉砕することによって２次粒子を得、当該２次粒子を熱可塑性樹脂と混合して射出成形することを特徴とする希土類ボンド磁石の製造方法。
2. 前記２次粒子を構成する前記1次粒子はそのフレーク状の平面同士が接合された状態で複数が積層されており、前記２次粒子の長径（Ｌ）と厚み（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）は３以下である請求項１に記載の希土類ボンド磁石の製造方法。
3. フレーク状の希土類磁性粉を１次粒子とし、前記1次粒子はそのフレーク状の平面同士が熱硬化性樹脂によって接合された状態で複数が積層されて２次粒子を構成しており、前記２次粒子を熱可塑性樹脂とともに射出し成形された、前記２次粒子の長径（Ｌ）と厚み（Ｄ）の比（Ｌ／Ｄ）が３以下である希土類ボンド磁石。

Images