JP2013021191A - Bond magnet, manufacturing method therefor, and apparatus for manufacturing bond magnet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、配向率及び表面磁束密度に優れた異方性ボンド磁石を押出成形法によって製造する方法と、その製造装置に関し、その押出成形法により得られた異方性ボンド磁石に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an anisotropic bonded magnet excellent in orientation rate and surface magnetic flux density by an extrusion molding method, a manufacturing apparatus therefor, and an anisotropic bonded magnet obtained by the extrusion molding method.
磁性材料と、その磁性材料のバインダーとしての樹脂とから構成されたボンド磁石は、焼結磁石と比較して複雑な形状が造形可能であり、機械的強度が優れている。そのため、ボンド磁石は、DCモータやステッピングモータといった永久磁石型同期モータや、レーザープリンター用のマグネットロール等の電子部品として数多く採用されている。 A bonded magnet composed of a magnetic material and a resin as a binder of the magnetic material can be formed in a complicated shape as compared with a sintered magnet, and has excellent mechanical strength. Therefore, many bonded magnets are employed as electronic parts such as permanent magnet type synchronous motors such as DC motors and stepping motors, and magnet rolls for laser printers.
ところで、このようなボンド磁石の製造方法は、大きく分けて、射出成形、圧縮成形および押出成形の3種類に分類される。 By the way, the manufacturing method of such a bond magnet is divided roughly into three types, injection molding, compression molding, and extrusion molding.
これらの製造方法のうち、射出成形法は、磁性材料と熱可塑性樹脂からなるボンド磁石組成物を射出成形機のシリンダー内で加熱することにより、溶融および流動状態とし、プランジャーを用いて金型内部に充填し、所望の形状に成形する方法である。 Among these manufacturing methods, the injection molding method is a method in which a bonded magnet composition composed of a magnetic material and a thermoplastic resin is heated in a cylinder of an injection molding machine to be in a molten and fluidized state, and a mold is formed using a plunger. In this method, the inside is filled and formed into a desired shape.
また、圧縮成形法は、磁性材料と熱硬化性樹脂とから構成されたボンド磁石組成物を、プレス金型内に充填して、圧縮しながら成形する方法である。 The compression molding method is a method in which a bonded magnet composition composed of a magnetic material and a thermosetting resin is filled in a press mold and molded while being compressed.
以上の圧縮成形法と射出成形法の工程は、ボンド磁石組成物の金型への充填、成形および成形品であるボンド磁石の取り出しという一定のサイクルがあり、その生産は所謂バッチ式生産であるため、その生産スピードには限界がある。 The processes of the compression molding method and the injection molding method described above have a certain cycle of filling a bonded magnet composition into a mold, molding and taking out a bonded magnet as a molded product, and the production is a so-called batch production. Therefore, its production speed is limited.
また、射出成形と圧縮成形は、細長い成形品、所謂長尺物の成形について限界がある。その一つの理由は、金型の加工上の問題である。金型に成形品の形状を彫り込むわけだが、金型の深さ方向への高精度の加工は非常に難しい。もう一つの理由は、成形上の問題である。圧縮成形の場合、長尺の細長い物をプレスしても、成形品の真ん中には圧力が伝わらない。また、射出成形で長尺物を成形した場合、ゲートから入ったボンド磁石組成物が冷えてしまうため、ショートショット(成形材料の未充填による成形不良)になる。 In addition, injection molding and compression molding have a limit for molding a long and narrow molded product, a so-called long product. One reason for this is a problem in mold processing. Although the shape of the molded product is engraved in the mold, high-precision machining in the depth direction of the mold is very difficult. Another reason is a molding problem. In the case of compression molding, even if a long and narrow object is pressed, no pressure is transmitted to the middle of the molded product. Further, when a long product is molded by injection molding, the bonded magnet composition entering from the gate is cooled, resulting in a short shot (molding failure due to unfilled molding material).
これらに対して、押出成形法は、磁性材料と、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂とから構成されたボンド磁石組成物を、シリンダー内で加熱することで溶融そして流動状態とし、この流動状態にあるボンド磁石組成物を、金型に連続的に供給しつつ、所望の形状に成形する方法である。このため、押出成形法は、射出成形や圧縮成形のバッチ式に対して連続式となるため、生産性が非常に優れる。さらに、連続して成形することができるため、射出成形や圧縮成形では困難であった長尺品の成形が容易となる。 On the other hand, in the extrusion molding method, a bonded magnet composition composed of a magnetic material and a thermoplastic resin or a thermosetting resin is heated in a cylinder to be melted and fluidized. This is a method of forming a bond magnet composition into a desired shape while continuously supplying it to a mold. For this reason, the extrusion molding method is continuous with respect to the batch method of injection molding or compression molding, and thus the productivity is very excellent. Furthermore, since it can shape | mold continuously, the shaping | molding of the long product which was difficult by injection molding and compression molding becomes easy.
次に、ボンド磁石を構成する磁性材料について述べる。まず、その磁性材料の原料組成の点から、フェライト系と希土類系の磁性材料に分類される。フェライト系は、歴史が古く安価であることから、最も普及している。しかし、希土類系よりも磁力が弱く、成形品が小さくなると磁力が不足する。そのため、小さい成形品では、希土類系の磁性材料を使用することが好ましい。 Next, the magnetic material constituting the bonded magnet will be described. First, from the viewpoint of the raw material composition of the magnetic material, it is classified into a ferrite type and a rare earth type magnetic material. Ferrites are most popular because they have a long history and are inexpensive. However, the magnetic force is weaker than that of the rare earth system, and the magnetic force is insufficient when the molded product is small. Therefore, it is preferable to use a rare earth-based magnetic material for a small molded product.
また、ボンド磁石を構成する磁性材料は、磁性の発現機構の点から、等方性と異方性にも分類される。等方性磁性材料は、どの方向にも同等の磁力を発現する。一方、異方性磁性材料は、一方向にのみ強い磁力を発現できる。そのため、異方性磁性材料は、ボンド磁石とする際に、磁性材料の粒子の磁化方向を一定の向きに揃えて異方化させなければならない。このような操作を配向と呼ぶ。この配向には、大きく分けて、機械配向と磁場配向の二種類がある。「機械配向」とは、磁性材料が板状粒子から構成される場合に、成形するとき、板状粒子に外部から圧力を加えると、板状粒子がその厚み方向に整列することを利用するものである。板状粒子が、その厚み方向に磁化容易軸を有する場合には、この操作により機械的に磁性材料の粒子を配向させることができる。一方、「磁場配向」とは、成形するときに、磁場を外部から印加することで粒子を配向させることを言う。粒子形状、磁化容易軸の方向との関係より、フェライト系の磁性材料では機械配向も可能だが、希土類系の磁性材料では磁場配向に限定される。異方性磁性材料を利用した場合には、等方性磁性材料を利用した場合に比べて配向の工程が増えるため、成形が難しくなる一方で、等方性磁性材料を利用した場合よりも磁力は強くなる。希土類系の磁性材料としては、使い勝手が良いため等方性磁性材料が広く普及しているが、モータの小型化、省エネ化のために異方性の研究は盛んに行われている。 Moreover, the magnetic material which comprises a bond magnet is classify | categorized into isotropic and anisotropy from the point of the expression mechanism of magnetism. An isotropic magnetic material exhibits an equivalent magnetic force in any direction. On the other hand, anisotropic magnetic materials can develop a strong magnetic force only in one direction. Therefore, when an anisotropic magnetic material is used as a bonded magnet, the magnetization direction of the particles of the magnetic material must be anisotropic with a certain direction. Such an operation is called orientation. This orientation can be broadly divided into two types: mechanical orientation and magnetic field orientation. “Mechanical orientation” is a method in which when a magnetic material is composed of plate-like particles, the plate-like particles are aligned in the thickness direction when pressure is applied to the plate-like particles from the outside. It is. When the plate-like particles have an easy magnetization axis in the thickness direction, the magnetic material particles can be mechanically oriented by this operation. On the other hand, “magnetic field orientation” means that particles are oriented by applying a magnetic field from the outside during molding. From the relationship between the particle shape and the direction of the easy axis of magnetization, mechanical orientation is possible with ferrite-based magnetic materials, but with rare-earth magnetic materials, it is limited to magnetic field orientation. When an anisotropic magnetic material is used, the orientation process is increased compared to when an isotropic magnetic material is used, so that molding becomes difficult, while magnetic force is higher than when an isotropic magnetic material is used. Become stronger. As a rare earth magnetic material, an isotropic magnetic material is widely used because it is easy to use, but anisotropy has been actively studied for miniaturization and energy saving of a motor.
しかしながら、押出成形は、圧縮成形や射出成形に比べて、生産性、長尺品の成形において有利だが、異方化に関しては不利になる。磁場配向は、磁性材料と樹脂成分から成るボンド磁石組成物を加熱溶融させ、配向磁場下で自由に動けるようになった磁性材料の磁化容易軸を所望の方向に配列させ、その配列を保持したまま、熱可塑性樹脂の場合は冷却固化、熱硬化性樹脂の場合は加熱固化させることで行う。 However, extrusion molding is advantageous in terms of productivity and molding of long products compared to compression molding and injection molding, but it is disadvantageous in terms of anisotropy. In the magnetic field orientation, a bonded magnet composition composed of a magnetic material and a resin component is heated and melted, and the easy magnetization axis of the magnetic material that can move freely under the orientation magnetic field is arranged in a desired direction, and the arrangement is maintained. In the case of a thermoplastic resin, it is cooled and solidified, and in the case of a thermosetting resin, it is carried out by heating and solidifying.
射出成形は、磁性材料のバインダーとして、主に熱可塑性樹脂を使用しており、溶融して樹脂の粘度が十分に低下したボンド磁石組成物をキャビティ内に射出し、そのままキャビティ内で冷却固化させるため、高い配向率を有するボンド磁石の成形品が得られる。 In injection molding, thermoplastic resin is mainly used as a binder for magnetic materials, and a bonded magnet composition whose viscosity is sufficiently reduced by melting is injected into the cavity, and then cooled and solidified in the cavity as it is. Therefore, a bonded magnet molded product having a high orientation ratio can be obtained.
また、圧縮成形は、磁性材料のバインダーとして、主に熱硬化性樹脂を使用しており、金型に充填したボンド磁石組成物に配向磁場を与えながら加熱および圧縮を行う。加熱初期は樹脂の粘度が下がり、磁性材料は配向磁場に沿って粒子が動く。そのまま加熱を持続すると樹脂は、硬化に転ずるので、磁性材料の粒子は配向を維持したまま固定される。 In compression molding, a thermosetting resin is mainly used as a binder for the magnetic material, and heating and compression are performed while applying an orientation magnetic field to the bonded magnet composition filled in the mold. In the initial stage of heating, the viscosity of the resin decreases, and the particles of the magnetic material move along the orientation magnetic field. If the heating is continued as it is, the resin turns to curing, so that the particles of the magnetic material are fixed while maintaining the orientation.
一方、連続式である押出成形の場合、磁性材料を十分に配向させるためには、磁性材料が配向用磁石の影響下に入ったところでは、樹脂の粘度をできるだけ下げる一方、磁性材料が配向用磁石の影響下から脱するところでは、配向された磁性材料を固定するために十分粘度を上げて固化させなければならない。 On the other hand, in the case of continuous extrusion, in order to sufficiently orient the magnetic material, the magnetic material is used for orientation while the magnetic material is under the influence of the orientation magnet, while the viscosity of the resin is reduced as much as possible. In order to fix the oriented magnetic material, it is necessary to raise the viscosity sufficiently and solidify it when it is removed from the influence of the magnet.
これらの問題を解決するため、特許文献1に開示される成形方法では、成形装置の構成において、熱伝導率の異なる部材を組み合わせることで、金型の配向用磁石の存在下での温度勾配をつけることにより磁気特性の向上を図っている。また、特許文献2に開示される成形方法では、溶融されたボンド磁石組成物が通過する流路の途中に、板状の障害物を配置することにより、ボンド磁石の配向率の向上を図っている。しかしながら、これらの成形方法によっても、十分な磁気特性を有するボンド磁石の成形品は得られていない。
In order to solve these problems, in the molding method disclosed in
本発明では、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の成形技術では困難であった、長尺かつ磁気特性に優れたボンド磁石を押出成形にて提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a bonded magnet having a long length and excellent magnetic properties, which has been difficult with conventional molding techniques, by extrusion molding. There is.
以上の目的を達成するために本発明は、異方性の磁性材料と樹脂とからなるボンド磁石組成物を溶融させた後、上記磁性材料を配向させる磁場の下で固化させて押出成形するボンド磁石の製造方法において、溶融させたボンド磁石組成物の流れを複数に分割させた状態で、金型のキャビティ内に充填して、上記磁場を印加することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a bond in which a bonded magnet composition comprising an anisotropic magnetic material and a resin is melted and then solidified under a magnetic field for orienting the magnetic material and extruded. In the magnet manufacturing method, the melted bonded magnet composition is divided into a plurality of flows and filled in a cavity of a mold, and the magnetic field is applied.
上記磁性材料が、Sm−Fe−N系の磁性材料であることが好ましい。 The magnetic material is preferably a Sm—Fe—N based magnetic material.
上記ボンド磁石組成物を構成する樹脂が、熱可塑性樹脂であることが好ましい。 The resin constituting the bonded magnet composition is preferably a thermoplastic resin.
上記ボンド磁石が、円筒状に成形されることが好ましい。 The bonded magnet is preferably formed in a cylindrical shape.
本発明は、上記製造方法により製造されたボンド磁石であって、配向率が70%以上であるボンド磁石である。 This invention is a bonded magnet manufactured by the said manufacturing method, Comprising: It is a bonded magnet whose orientation rate is 70% or more.
本発明は、表面磁束密度の平均値が1100G以上であるボンド磁石である。 The present invention is a bonded magnet having an average surface magnetic flux density of 1100 G or more.
本発明にかかるボンド磁石の製造装置は、異方性の磁性材料と樹脂とから構成されたボンド磁石組成物を溶融させた後、前方に押出す可塑化部と、その可塑化部にて溶融されたボンド樹脂組成物の流れを制御するゲート部と、上記磁性材料を配向させる磁場を印加する配向用磁石が配置されるとともに、上記溶融されたボンド樹脂組成物を固化させるキャビティを有する成形部と、を備えたボンド磁石の製造装置において、上記ゲート部は、上記可塑化部に接続された流路が上記成形部のほうに向かって分岐されてなる複数の流路と、それらの流路と上記キャビティとを接続する複数のゲートとを有しており、上記可塑化部で溶融されたボンド樹脂組成物が、上記複数の流路により複数の流れに分割された状態で、上記複数のゲートから上記成形部のキャビティ内に充填されることを特徴とする。 The bonded magnet manufacturing apparatus according to the present invention melts a bonded magnet composition composed of an anisotropic magnetic material and a resin and then extrudes it forward, and melts at the plasticized portion. A molded part having a gate for controlling the flow of the bonded bond resin composition, an orientation magnet for applying a magnetic field for orienting the magnetic material, and a cavity for solidifying the molten bond resin composition In the bonded magnet manufacturing apparatus, the gate section includes a plurality of flow paths in which a flow path connected to the plasticizing section is branched toward the molding section, and the flow paths. And a plurality of gates connecting the cavities, and the bond resin composition melted in the plasticizing part is divided into a plurality of flows by the plurality of flow paths, Above from the gate Characterized in that it is filled into the cavity of the shaped part.
上記キャビティは、断面が略同心円である円筒形状であり、上記ゲートは、上記同心円の径方向に2つ並んで配置された穴であることが好ましい。 It is preferable that the cavity has a cylindrical shape with a substantially concentric cross section, and the gate is a hole arranged side by side in the radial direction of the concentric circle.
溶融されたボンド樹脂組成物が上記ゲートを通過した直後に、上記磁性材料を配向させる磁場が印加されるように、上記ゲートと上記配向用磁石とが配置されていることが好ましい。 It is preferable that the gate and the orientation magnet are arranged so that a magnetic field for orienting the magnetic material is applied immediately after the molten bond resin composition passes through the gate.
本発明は、上記製造装置により製造されたボンド磁石であって、上記磁性材料がSm−Fe−N系の磁性材料であり、配向率が70%以上であることを特徴とするボンド磁石である。 The present invention is a bonded magnet manufactured by the manufacturing apparatus, wherein the magnetic material is an Sm-Fe-N-based magnetic material, and the orientation ratio is 70% or more. .
本発明によれば、押出成形法により、長尺かつ表面磁束密度および配向率に優れたボンド磁石を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a bonded magnet that is long and excellent in surface magnetic flux density and orientation rate by an extrusion molding method.
本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのボンド磁石およびその製造方法並びに製造装置を例示するものであって、本発明は、ボンド磁石およびその製造方法並びにボンド磁石の製造装置を以下に限定するものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the form shown below exemplifies a bonded magnet, a manufacturing method thereof, and a manufacturing apparatus for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention relates to a bonded magnet, a manufacturing method thereof, and a bonded magnet. The manufacturing apparatus is not limited to the following.
また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。 Further, the present specification by no means specifies the member shown in the claims as the member of the embodiment. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention only to the description unless otherwise specified. It is just an example. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Further, in the following description, the same name and reference sign indicate the same or the same members, and detailed description will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
異方性のボンド磁石を押出成形法によって形成する製造方法において、上記の問題を解決すべく、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、配向磁場が印加され最終製品形状を形作る成形部のキャビティに、複数のゲートから磁石組成物を充填することにより、課題を解決し、本発明を完成するに到った。 In the manufacturing method for forming an anisotropic bonded magnet by an extrusion molding method, in order to solve the above problems, the present inventors have made extensive studies, and as a result, a molded part that forms an end product shape by applying an orientation magnetic field. By filling the cavities with the magnet composition from a plurality of gates, the problems were solved and the present invention was completed.
すなわち、本発明は、異方性の希土類磁性材料と熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂からなるボンド磁石組成物を、可塑化部で溶融させた後、配向磁場を印加した成形部で冷却固化または加熱固化して異方性ボンド磁石の押出成形を行う製造方法において、成形部のキャビティにボンド磁石組成物を充填するためのゲートを有し、可塑化部で溶融した磁石組成物がゲートの数に対応して分岐した後、配向磁場を印加した成形部にボンド磁石組成物をゲートから成形部のキャビティに充填することを特徴とするボンド磁石の製造方法である。 That is, in the present invention, a bonded magnet composition composed of an anisotropic rare earth magnetic material and a thermoplastic resin or a thermosetting resin is melted in a plasticizing part, and then cooled and solidified in a molding part to which an orientation magnetic field is applied. In a manufacturing method in which anisotropic bonded magnets are extruded by solidification by heating, the number of gates is a magnet composition having a gate for filling the cavity of the molded part with the bonded magnet composition, and the melted magnet composition in the plasticized part. After that, the bonded magnet composition is filled into the cavity of the molded part from the gate into the molded part to which the orientation magnetic field is applied.
また、本発明は、上記に記載の製造方法であって、希土類磁性材料としてSm−Fe−N系磁性材料を使用する異方性ボンド磁石の製造方法である。これにより、表面磁束密度および配向率が高いボンド磁石とすることができる。 Moreover, this invention is a manufacturing method as described above, Comprising: It is a manufacturing method of the anisotropic bonded magnet which uses a Sm-Fe-N type magnetic material as a rare earth magnetic material. Thereby, it can be set as a bonded magnet with high surface magnetic flux density and orientation rate.
また、本発明は、上記の製造方法であって、成形されたボンド磁石の形状が円筒形状である異方性ボンド磁石の製造方法である。これにより、表面磁束密度および配向率が高い円筒状のボンド磁石とすることができる。 Moreover, this invention is said manufacturing method, Comprising: It is a manufacturing method of the anisotropic bonded magnet whose shape of the shape | molded bonded magnet is a cylindrical shape. Thereby, it can be set as a cylindrical bond magnet with a high surface magnetic flux density and orientation rate.
また、本発明は、上記の方法により製造された異方性ボンド磁石であって、配向率が70%以上である異方性ボンド磁石である。 Moreover, this invention is an anisotropic bonded magnet manufactured by said method, Comprising: An anisotropic bonded magnet whose orientation rate is 70% or more.
本発明の構成によれば、押出成形により、配向率および表面磁束密度に優れた長尺のボンド磁石を提供することができる。 According to the structure of this invention, the elongate bond magnet excellent in the orientation rate and the surface magnetic flux density can be provided by extrusion molding.
すなわち、本発明にかかるボンド磁石の製造方法は、溶融されたボンド樹脂組成物を、円滑に成形部に充填させることが好ましいとされてきた押出成形でありながら、樹脂の流れにとって障害となるようなゲート部を有するという特異な装置構成を特徴としている。 That is, the manufacturing method of the bonded magnet according to the present invention is an obstacle to the flow of the resin, although it is an extrusion molding in which it is preferable to smoothly fill the melted bond resin composition into the molded part. It is characterized by a unique device configuration having a simple gate part.
すなわち、本発明は、ゲート部に形成された複数のゲートから少しずつ、溶融した磁石組成物を成形部に充填することで、配向磁場の印加された成形部に入った瞬間のボンド磁石組成物は成形空間(キャビティ)に対して疎になるため、磁性材料の粒子が配向すべき方向に動きやすくなる。したがって、ボンド磁石の配向率を著しく高めることが可能となり、表面磁束密度の高いボンド磁石を得ることができる。 That is, the present invention provides a bonded magnet composition at the moment of entering a molding part to which an orientation magnetic field is applied by filling the molding part with a molten magnet composition little by little from a plurality of gates formed in the gate part. Becomes sparse with respect to the molding space (cavity), so that the particles of the magnetic material easily move in the direction to be oriented. Therefore, the orientation rate of the bonded magnet can be remarkably increased, and a bonded magnet having a high surface magnetic flux density can be obtained.
以下、本発明に斯かる実施の形態について、従来例と比較して詳述するが、本発明の技術思想を具体化するための一例であり、本発明は、この実施の形態および実施例に限定するものではない。 Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail in comparison with a conventional example. However, the embodiment is an example for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment and example. It is not limited.
まず、図1から図3を用いて従来の押出成形方法を説明する。従来の押出成形方法として、磁性材料のバインダーとして熱可塑性樹脂を用いた円筒状のボンド磁石を押出成形で形成する方法を説明する。 First, a conventional extrusion molding method will be described with reference to FIGS. As a conventional extrusion molding method, a method of forming a cylindrical bonded magnet using a thermoplastic resin as a binder of a magnetic material by extrusion molding will be described.
従来の押出成形に使用される装置は、大別すると図1に示されるように、成形部1と、内ダイ固定部2と、可塑化部3とに分かれる。それぞれには、加熱装置(図示せず。)が付属している。成形部1は、外ダイ4と内ダイ5とから構成されている。また、内ダイ固定部2は、内ダイ固定ガイド(スパイダー)8とマンドレル9とバレル10とから構成されている。また、可塑化部3は、溶融されたボンド磁石組成物を前方へ押出すためのスクリュー12とバレル13とから構成されている。また、外ダイ4には、配向用磁石6が内蔵されている。
The apparatus used for the conventional extrusion molding is roughly divided into a
まず、ボンド磁石組成物は、可塑化部3で溶融された後、スクリュー12によって内ダイ固定部2のほうに押し出され、流路11で円筒状になる。次に、溶融されたボンド磁石組成物は、内ダイ固定部2に入り、図2に示されるように、断面が円弧状の貫通孔により形成された流路14により、溶融されたボンド磁石組成物の流動体は、3つの瓦状の流動体となり、さらにその先に形成された流路7により、上記3つの瓦状の流動体が再び一つの流動体となって、内ダイ固定部2の出口から成形部1にかけて円筒状に形成される。その後、溶融されたボンド磁石組成物の流動体は、成形部1に入り、図4に示されるように、成形部1の円筒状のキャビティを囲むように配置された配向用磁石6により形成された磁場によって、ボンド磁石組成物に含まれる磁性材料は、所望の配向パーターンに配向される。溶融されたボンド磁石組成物は、それを成形するための金型である成形部に入ってから成形部を出るまでに、冷却装置(図示せず。)よって、冷却固化されて円筒形状のボンド磁石を成形品として得ることができる。
First, after the bonded magnet composition is melted in the
次に、本発明の押出成形方法を使用した円筒状のボンド磁石を成形する方法について、図4から図7を用いて説明する。 Next, a method for forming a cylindrical bonded magnet using the extrusion molding method of the present invention will be described with reference to FIGS.
図4に示されるように、本発明にかかる製造装置は、成形部1と可塑化部3を有する点は、従来の製造装置と同様である。本発明にかかる製造装置は、従来の内ダイ固定部2の代わりに、ゲート部15を使用する点が異なる。ここで、可塑化部3およびゲート部15それぞれには加熱装置(図示せず。)が付属している。また、ゲート部15の内部には、その断面が図5および図6に示されるように、溶融されたボンド磁石組成物が通過するための流路18及び流路19が形成されている。
As FIG. 4 shows, the manufacturing apparatus concerning this invention is the same as that of the conventional manufacturing apparatus in the point which has the shaping | molding
本発明のゲート部15に形成させる流路17、18の形状および大きさは、特に限定されるものではないが、その一例として、図4から図7に示される流路について説明する。
The shape and size of the
まず、ボンド磁石組成物は、可塑化部3での加熱により溶融され、その流動体が、磁石組成物の流路11で円筒状になったボンド磁石組成物は、ゲート部15に入り、図5に示すような流路17を通過し、まず、上下2方向(図4のD−D方向)に分割される。その後、それぞれの流路を流れるボンド磁石組成物は、先の上下2方向から水平方向に90度方向を変えて、図6に示されるように、ゲート部15内に貫通された穴により形成された流路18を通過し、ゲート部15の出口であるゲート21を通過して、前方の成形部1に進む。次いで、ボンド磁石組成物の流動体は、図7に示されるように、成形部1に形成させた円筒状のキャビティ19に充填される。それとともに、配向用磁石6により形成される磁場により、ボンド磁石組成物に含まれる磁性材料は、所望の配向パーターンに配向されながら円筒状に形成されていく。溶融状態のボンド磁石組成物は、成形部1から出るまでに、冷却装置(図示せず。)によって、冷却および固化されて円筒形状のボンド磁石として成形品を得る。
First, the bonded magnet composition is melted by heating in the
ここで、従来の製造方法と本発明との大きな違いは、磁性材料の配向前には、溶融されたボンド磁石組成物の流動体が、円筒状を形成していないことである。 Here, the major difference between the conventional manufacturing method and the present invention is that the fluid of the melted bonded magnet composition does not form a cylindrical shape before the orientation of the magnetic material.
従来の製造方法では、溶融されたボンド磁石組成物の流動体が、配向前から既に円筒状になっており、成形空間の中に磁石組成物が密に詰まっている。したがって、磁性材料の粒子が配向磁場に沿って動こうとしても、その動きは制限されてしまう。 In the conventional manufacturing method, the melted bonded magnet composition fluid is already cylindrical before orientation, and the magnet composition is densely packed in the molding space. Therefore, even if the particles of the magnetic material try to move along the orientation magnetic field, the movement is limited.
一方、本発明は、複数のゲートから成形部1のキャビティ19内に充填される。図4から図7は、ゲート部15に2つのゲート21を形成させた製造装置の一例である。図4に示されるように、2つのゲート21から成形部1のキャビティ19の内部に、溶融されたボンド磁石組成物が少しずつ徐々に充填される。そのため、溶融されたボンド磁石組成物が密集してキャビティに充填される従来の製造方法と比較して、本発明にかかる製造方法は、成形空間における溶融されたボンド磁石組成物の密度を疎にすることができる。つまり、本発明の製造方法によると、従来の製造方法と比較して、磁性材料は動きやすくなり、より配向した状態になる。この配向した磁性材料は、その配向状態を維持したまま、成形空間に徐々に密に詰まっていき、円筒状を形成しながら成形部の出口の方向に進行する。その結果として、配向率が高く表面磁束の高いボンド磁石の成形品が得られる。
On the other hand, in the present invention, the
本発明は、溶融されたボンド樹脂組成物がゲートを通過した直後に、磁性材料を配向させる磁場が印加されるように、ゲートと配向用磁石とが配置されていることが好ましい。これにより、磁性材料の配向率を向上させることができるからである。例えば、図4に示されるように、ゲート21が開口されたゲート部15の端面と、成形部1に配置された配向用磁石の一方の端面とが、略同一面となるように、ゲート部15と成形部1を配置させることが好ましい。これにより、溶融されたボンド樹脂組成物が、ゲートを出た直後に配向用磁石からの磁場を受けることができるので、磁性材料の配向率を向上させることができる。
In the present invention, it is preferable that the gate and the magnet for orientation are arranged so that a magnetic field for orienting the magnetic material is applied immediately after the melted bond resin composition passes through the gate. This is because the orientation rate of the magnetic material can be improved. For example, as shown in FIG. 4, the
成形部には、キャビティを囲むように配向用磁石が配置される。配向用磁石として、通常、永久磁石が使用される。この配向用の永久磁石4に使用する磁石の材料は、Brが1T以上のものが好ましく、例えば、NdFeB焼結磁石を用いることができる。磁力の大きい磁石を使うと、成形部のキャビティ内に発生する配向のための磁場が強くなり、ボンド磁石の表面磁束密度も高くすることができる。
An orientation magnet is arranged in the molding part so as to surround the cavity. A permanent magnet is usually used as the orientation magnet. The material of the magnet used for the orientation
また、上述のように押出成形で得られたボンド磁石は、必要であれば着磁工程を行ってもよい。着磁を行うことで、表面磁束密度はより高くなる。 Moreover, the bonded magnet obtained by extrusion molding as described above may be subjected to a magnetizing step if necessary. By performing the magnetization, the surface magnetic flux density becomes higher.
本発明で利用できる磁性材料は、異方性の磁性材料が適用可能である。異方性の磁性材料としては、フェライト系、Sm−Co系、Nd−Fe−B系、Sm−Fe−N系などが挙げられる。上記の磁性材料は、1種類単独でも、2種類以上を混合物としても使用できる。また、必要に応じて、耐酸化処理やカップリング処理を磁性材料に施しても良い。 An anisotropic magnetic material can be applied to the magnetic material that can be used in the present invention. Examples of anisotropic magnetic materials include ferrite, Sm—Co, Nd—Fe—B, and Sm—Fe—N. The above magnetic materials can be used alone or in combination of two or more. Moreover, you may perform an oxidation-resistant process and a coupling process to a magnetic material as needed.
本発明における磁性材料のバインダーとしての樹脂は、特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂も熱硬化性樹脂も利用することができる。これらのうち、成形性および磁気特性の点で、熱可塑性樹脂が好ましい。例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、アクリル樹脂などの熱可塑性樹脂や、エステル系、ポリアミド系、などの熱可塑性エラストマー、または、エポキシ系やフェノール系などの熱硬化性樹脂を使用することができる。 The resin as the binder of the magnetic material in the present invention is not particularly limited, and both a thermoplastic resin and a thermosetting resin can be used. Of these, thermoplastic resins are preferred in terms of moldability and magnetic properties. For example, thermoplastic resins such as polypropylene, polyethylene, polyvinyl chloride, polyester, polyamide, polycarbonate, polyphenylene sulfide, and acrylic resin, thermoplastic elastomers such as ester and polyamide, or heat such as epoxy and phenol A curable resin can be used.
磁性材料と樹脂の配合比率は、樹脂の種類にもよるが、ボンド磁石組成物全体に対する磁性材料の割合が40〜75Vol%とすることが望ましい。また、酸化防止剤、滑剤等をさらに混合することもできる。 Although the blending ratio of the magnetic material and the resin depends on the type of the resin, it is desirable that the ratio of the magnetic material to the entire bonded magnet composition is 40 to 75 Vol%. Further, an antioxidant, a lubricant and the like can be further mixed.
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は、以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。 Examples according to the present invention will be described in detail below. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples.
1.異方性ボンド磁石の作製
<実施例1>
(磁性材料の準備)
磁性材料には、異方性のSm−Fe−N系磁性材料(平均粒子径3μm)を用いる。
1. Production of anisotropic bonded magnet <Example 1>
(Preparation of magnetic material)
An anisotropic Sm—Fe—N magnetic material (average particle diameter of 3 μm) is used as the magnetic material.
(磁石組成物の作製)
Sm−Fe−N系磁性材料をエチルシリケートおよびシランカップリング剤で表面処理する。表面処理を行ったSm−Fe−N系磁性材料9137gと12ナイロン863gをミキサーで混合する。得られた混合粉を、2軸混練機を用いて220℃で混練し、冷却後、適当な大きさに切断しボンド磁石組成物を得る。
(Preparation of magnet composition)
The Sm—Fe—N based magnetic material is surface-treated with ethyl silicate and a silane coupling agent. 9137 g of the Sm—Fe—N magnetic material subjected to the surface treatment and 863 g of 12 nylon are mixed with a mixer. The obtained mixed powder is kneaded at 220 ° C. using a biaxial kneader, cooled, and then cut into an appropriate size to obtain a bonded magnet composition.
(押出成形)
図4から図7は、本実施例にかかる製造装置の概略図である。これらの図面を参照しながら、本実施例についてより詳細に説明する。
(Extrusion molding)
4 to 7 are schematic views of the manufacturing apparatus according to the present embodiment. The present embodiment will be described in more detail with reference to these drawings.
本実施例にかかるボンド磁石の製造装置は、異方性の磁性材料と樹脂とから構成されたボンド磁石組成物を溶融させた後、スクリュー12によって前方に押出す可塑化部3と、その可塑化部3にて溶融されたボンド樹脂組成物の流れを制御するゲート部15と、磁性材料を配向させるための磁場を印加する配向用磁石6が配置されるとともに、溶融されたボンド樹脂組成物を固化させるキャビティ19を有する成形部1と、を備えたボンド磁石の製造装置である。
The bonded magnet manufacturing apparatus according to the present embodiment includes a
ここで、ゲート部15は、その内部に、可塑化部3に接続された1つの流路が成形部1のほうに向かって分岐されてなる2つの流路と、成形部1に形成させた成形空間であるキャビティ19と上記2つの流路とを接続する2つのゲート21とを有している。本実施例のゲート21は、ゲート部15の出口に2つ形成されている。すなわち、キャビティ19は、断面が略同心円である円筒形状であり、ゲート21は、キャビティ19の出口方向から見ると、同心円の径方向に2つ並んで配置された穴である。
Here, the
このような製造装置において、可塑化部3で溶融されたボンド樹脂組成物は、ゲート部15に形成させた2つの流路により二手の流れに分割された状態で、そのままゲート部15の出口に形成させた2つのゲートから成形部1のキャビティ19の内部に充填される。
In such a manufacturing apparatus, the bond resin composition melted in the
本実施例において、ボンド磁石組成物を最終製品形状に形作るのは、図4に示す外ダイ4の内周面と内ダイ5の外周面とからなる断面形状が環状のキャビティ19であり、この断面環状の寸法は、外径25mm、内径23mmである。上記で準備作製した、ボンド磁石組成物を押出成形機のホッパーから投入する。スクリュー部3によって、ボンド磁石組成物は、加熱され溶融状態となり、前方のゲート部15に送られる。このゲート部15で、ボンド磁石組成物は、図5と図6に示される流路17及び流路18により2本の流路に分割される。そして、ボンド磁石組成物は、2つのゲートから成形部1のキャビティ19に充填され、図7に示すように配置された配向用磁石6の磁場により、磁性材料の粒子が配向しながら円筒形状に造形される。溶融されたボンド樹脂組成物は、冷却装置(図示せず。)によってキャビティの出口で冷却そして固化される。このようにして、円筒形状の異方性ボンド磁石の成形品を連続的に得ることができる。
In this embodiment, the bonded magnet composition is formed into a final product shape by a
得られた円筒状のボンド磁石の成形品は、外径25mm、内径23mm、肉厚1mmで外周12極の異方性の円筒状ボンド磁石である。 The obtained molded product of the cylindrical bonded magnet is an anisotropic cylindrical bonded magnet having an outer diameter of 25 mm, an inner diameter of 23 mm, a wall thickness of 1 mm, and an outer periphery of 12 poles.
<実施例2>
(磁性材料の準備)
実施例1と同じ磁性材料を使用する。
(磁石組成物の作製)
実施例1と同じ磁性材料を用いて、実施例1と同じボンド磁石組成物を作製する。
(押出成形)
実施例1のゲート部の出口に4つのゲートを形成する以外は、実施例1と同様に押出成形を行った。本実施例のゲートを、成形部の出口の方から見た断面図を図8に示す。本実施例のゲートは、図8に示されるように、円筒形状のキャビティの底面に、その円周に沿って、等間隔に、4つの穴として形成されている。
<Example 2>
(Preparation of magnetic material)
The same magnetic material as in Example 1 is used.
(Preparation of magnet composition)
Using the same magnetic material as in Example 1, the same bonded magnet composition as in Example 1 is produced.
(Extrusion molding)
Extrusion molding was performed in the same manner as in Example 1 except that four gates were formed at the exit of the gate part of Example 1. FIG. 8 shows a cross-sectional view of the gate of this example as viewed from the exit of the molding part. As shown in FIG. 8, the gate of this embodiment is formed as four holes at equal intervals along the circumference of the bottom surface of the cylindrical cavity.
<実施例3>
(磁性材料の準備)
実施例1と同じ磁性材料を使用する。
(磁石組成物の作製)
実施例1と同じ磁性材料を用いて、実施例1と同じボンド磁石組成物を作製する。
(押出成形)
実施例1のゲート部の出口に6つのゲートを形成する以外は、実施例1と同様に押出成形を行った。本実施例のゲートを、成形部の出口の方から見た断面図を図9に示す。本実施例のゲートは、図9に示されるように、円筒形状のキャビティの底面に、その円周に沿って、等間隔に、6つの穴として形成されている。
<Example 3>
(Preparation of magnetic material)
The same magnetic material as in Example 1 is used.
(Preparation of magnet composition)
Using the same magnetic material as in Example 1, the same bonded magnet composition as in Example 1 is produced.
(Extrusion molding)
Extrusion molding was performed in the same manner as in Example 1 except that six gates were formed at the exit of the gate part of Example 1. FIG. 9 shows a cross-sectional view of the gate of this example as viewed from the exit of the molding part. As shown in FIG. 9, the gate of this embodiment is formed as six holes at equal intervals along the circumference of the bottom surface of the cylindrical cavity.
<比較例1>
(磁性材料の準備)
実施例1と同じ磁性材料を使用する。
(磁石組成物の作製)
実施例1と同じ磁性材料を用いて、実施例1と同じ磁石組成物を作製する。
(押出成形)
図1から図3は比較例1に使用された押出成形用の金型の概略図である。実施例1のゲート部15が内ダイ固定部2に変更されている。実施例1と同様の操作で押出成形を行うが、内ダイ固定部を通過後に既に円筒形状に形成されており、ボンド磁石組成物が成形部に入る時点で円筒形状になっているところが実施例1との相違点である。
得られたボンド磁石の成形品の形状は、実施例1と同じであり、外径25mm、内径23mm、肉厚1mmで外周12極の異方性の円筒状ボンド磁石である。
<Comparative Example 1>
(Preparation of magnetic material)
The same magnetic material as in Example 1 is used.
(Preparation of magnet composition)
Using the same magnetic material as in Example 1, the same magnet composition as in Example 1 is produced.
(Extrusion molding)
1 to 3 are schematic views of an extrusion mold used in Comparative Example 1. FIG. The
The shape of the obtained bonded magnet molded product is the same as that of Example 1, and is an anisotropic cylindrical bonded magnet having an outer diameter of 25 mm, an inner diameter of 23 mm, a wall thickness of 1 mm, and an outer periphery of 12 poles.
2.異方性ボンド磁石の評価
(表面磁束密度の測定)
実施例1と比較例1で得られたボンド磁石を高さ20mmに切断し、マグネットアナライザーにより、円筒状ボンド磁石外周の表面磁束密度を測定した。測定は、マグネットアナライザーの360°回転ステージに成形品である円筒状ボンド磁石を固定し、プローブを円筒状ボンド磁石の側面中央に接触させ、ステージを360°回転させることで行った。
2. Evaluation of anisotropic bonded magnet (Measurement of surface magnetic flux density)
The bonded magnets obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were cut to a height of 20 mm, and the surface magnetic flux density on the outer periphery of the cylindrical bonded magnet was measured with a magnet analyzer. The measurement was performed by fixing a cylindrical bonded magnet as a molded product to a 360 ° rotating stage of a magnet analyzer, bringing the probe into contact with the center of the side surface of the cylindrical bonded magnet, and rotating the stage 360 °.
図10は、実施例1のボンド磁石の表面磁束密度を示し、図11は、実施例2のボンド磁石の表面磁束密度を示し、図12は、実施例3のボンド磁石の表面磁束密度を示し、図13は、比較例1のボンド磁石の表面磁束密度を示す。さらに、各実施例および比較例の表面磁束密度の平均値を以下の表1に示す。 10 shows the surface magnetic flux density of the bonded magnet of Example 1, FIG. 11 shows the surface magnetic flux density of the bonded magnet of Example 2, and FIG. 12 shows the surface magnetic flux density of the bonded magnet of Example 3. FIG. 13 shows the surface magnetic flux density of the bonded magnet of Comparative Example 1. Furthermore, the average value of the surface magnetic flux density of each Example and Comparative Example is shown in Table 1 below.
これらの測定結果によると、ゲートの数が少ないほど表面磁束が向上していることがわかる。また、ゲートの数に関わらず、いずれの実施例の場合も、比較例より表面磁束密度が高くなっていることが分かる。 According to these measurement results, it can be seen that the surface magnetic flux is improved as the number of gates is smaller. Further, it can be seen that the surface magnetic flux density is higher than that of the comparative example in any of the examples regardless of the number of gates.
(配向率の測定)
各実施例および比較例の配向率を測定するため、ボンド磁石の極の部分を1mm角に切り出す。これを、空芯コイルにて着磁する。このとき、配向方向と着磁コイルの発生磁場方向を揃える。着磁磁場は、約30kOeであった。VSM(振動試料型磁力計)により、着磁したボンド磁石の残留磁化σrを測定した。
(Measurement of orientation rate)
In order to measure the orientation ratio of each example and comparative example, the pole portion of the bonded magnet is cut into 1 mm square. This is magnetized with an air-core coil. At this time, the orientation direction is aligned with the direction of the magnetic field generated by the magnetizing coil. The magnetization magnetic field was about 30 kOe. The residual magnetization σr of the magnetized bonded magnet was measured with a VSM (vibrating sample magnetometer).
実施例1の残留磁化は、σr1=100emu/gであった。この原料磁性材料が100%配向した場合の残留磁化は、σr0=128emu/gであるから、配向率はσr1/σr0=78%であった。実施例2、実施例3および比較例1の残留磁化は、それぞれ、σr2=95emu/g、σr3=90emu/gおよびσr3=80emu/gであった。よって、実施例2、実施例3および比較例1の配向率は、それぞれ74%、70%および63%であった。これらの結果を表1に纏めて示す。 The remanent magnetization of Example 1 was σr1 = 100 emu / g. When this raw material magnetic material is 100% oriented, the residual magnetization is σr0 = 128 emu / g, so the orientation rate was σr1 / σr0 = 78%. The residual magnetizations of Example 2, Example 3, and Comparative Example 1 were σr2 = 95 emu / g, σr3 = 90 emu / g, and σr3 = 80 emu / g, respectively. Therefore, the orientation rates of Example 2, Example 3, and Comparative Example 1 were 74%, 70%, and 63%, respectively. These results are summarized in Table 1.
表面磁束密度と配向率の測定結果より、本発明の押出成形方法を使用することで、磁石組成物中の磁性材料の配向率を高め、その結果、ボンド磁石の表面磁束密度を高くできることが分かる。 From the measurement results of the surface magnetic flux density and the orientation ratio, it can be seen that by using the extrusion method of the present invention, the orientation ratio of the magnetic material in the magnet composition can be increased, and as a result, the surface magnetic flux density of the bonded magnet can be increased. .
本発明は、長尺かつ表面磁束密度の高い異方性ボンド磁石を、連続的に高い生産性にて提供することが可能になる。円筒形状磁石の場合、ブラシレスモータ等のモータ部品、特に長尺のボンド磁石は、レーザープリンター用のマグネットロールとして使用でき、小型、軽量化、省エネルギー化に貢献できる。 The present invention can provide an anisotropic bonded magnet having a long length and a high surface magnetic flux density continuously with high productivity. In the case of a cylindrical magnet, a motor part such as a brushless motor, particularly a long bond magnet, can be used as a magnet roll for a laser printer, and can contribute to reduction in size, weight, and energy saving.
1・・・成形部、2・・・内ダイ固定部、3・・・可塑化部、4・・・外ダイ、5・・・内ダイ、6・・・配向用磁石、7、11、14、16、18、20・・・ボンド磁石組成物の流路、8・・・内ダイ固定ガイド、9・・・マンドレル、10、13、17・・・バレル、12・・・スクリュー、15・・・ゲート部、19・・・キャビティ、21・・・ゲート。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
溶融させたボンド磁石組成物の流れを複数に分割させた状態で、金型のキャビティ内に充填して、前記磁場を印加することを特徴とするボンド磁石の製造方法。 In the method of manufacturing a bonded magnet, after melting a bonded magnet composition composed of an anisotropic magnetic material and a resin, solidifying the magnetic material under a magnetic field that orients the magnetic material and performing extrusion molding.
A method for producing a bonded magnet, comprising: filling a molten mold magnet flow into a cavity of a mold in a state where the flow of the bonded magnet composition is divided into a plurality, and applying the magnetic field.
前記ゲート部は、前記可塑化部に接続された流路が前記成形部のほうに向かって分岐されてなる複数の流路と、それらの流路と前記キャビティとを接続する複数のゲートとを有しており、
前記可塑化部で溶融されたボンド樹脂組成物が、前記複数の流路により複数の流れに分割された状態で、前記複数のゲートから前記成形部のキャビティ内に充填されることを特徴とするボンド磁石の製造装置。 After a bonded magnet composition composed of an anisotropic magnetic material and a resin is melted, a plasticized part that is extruded forward, and a flow of the bond resin composition melted at the plasticized part is controlled. A bonded magnet for performing extrusion molding, comprising: a gate portion; and a molding portion in which an orientation magnet for applying a magnetic field for orienting the magnetic material is disposed, and a molding portion having a cavity for solidifying the molten bond resin composition. In the manufacturing equipment of
The gate portion includes a plurality of flow passages in which a flow passage connected to the plasticizing portion is branched toward the molding portion, and a plurality of gates connecting the flow passages and the cavity. Have
The bond resin composition melted in the plasticizing part is filled into a cavity of the molding part from the plurality of gates in a state of being divided into a plurality of flows by the plurality of flow paths. Bond magnet manufacturing equipment.
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