JP2017034097A - Nd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド、Nd−Fe−B系ボンド磁石及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
希土類ボンド磁石は、焼結型のフェライト磁石に比べて形状自由度が大きく(高く)、薄肉リング状等の多様な成形が容易であること、寸法精度が高いこと、機械的特性に優れるため割れ欠けが生じにくいこと、などの特徴がある。そのため、希土類ボンド磁石は、自動車、一般家電製品、通信・音響機器、医療機器、一般産業機器等に広く利用されている。
そこで、本発明は、高温高湿の環境下における保存安定性が良好であるNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド、及びそのボンド磁石用樹脂コンパウンドを用いて作製したNd−Fe−B系ボンド磁石、並びにその製造方法を提供することを目的とする。
[1]エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)及び硬化促進剤(C)を配合してなる樹脂組成物と、ボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)とを含み、硬化促進剤(C)が、ボレート及びボラン化合物の少なくとも1種であるNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド。
[2]硬化促進剤(C)のボレートが、下記一般式(1)で表されるボレートである上記[1]に記載のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド。
X+ B−(R)4 (1)
(式(1)中、Bはホウ素を示し、Xはアルキルホスホニウム塩、アリールホスホニウム塩、イミダゾール又はイミダゾール誘導体の塩、3級アミン塩及び4級アンモニウム塩の少なくとも1種を示し、Rはアルキル基、アリール基及びフルオロ基からなる群から選択される1種を示す。)
[3]硬化促進剤(C)のボラン化合物が、下記一般式(2)で表されるボラン化合物である上記[1]に記載のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド。
Y・B(R)3 (2)
(式(2)中、Bはホウ素を示し、Yはアルキルホスフィン、アリールホスフィン、イミダゾール又はイミダゾール誘導体及び3級アミンの少なくとも1種を示し、Rはアルキル基、アリール基及びフルオロ基からなる群から選択される1種を示す。)
[4]硬化促進剤(C)の含有量が、ボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)100質量部に対し、0.000001質量部以上0.6質量部以下である上記[1]〜[3]のいずれか1つに記載のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド。
[5]エポキシ樹脂が、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂及びナフトールノボラック型エポキシ樹脂からなる群から選択される少なくとも1種である上記[1]〜[4]のいずれか1つに記載のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド。
[6]エポキシ樹脂が、サリチルアルデヒドノボラック型構造を有する上記[1]〜[4]のいずれか1つに記載のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド。
[7]硬化剤(B)がフェノール樹脂であり、エポキシ樹脂(A)のエポキシ基1当量に対するエポキシ樹脂(A)のエポキシ基と反応する硬化剤(B)中の活性基の比率が0.5以上1.5以下である上記[1]〜[6]のいずれか1つに記載のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド。
[8]上記[1]〜[7]のいずれか1つに記載のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを用いてなるNd−Fe−B系ボンド磁石。
[9]溶媒に溶解したエポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)及び硬化促進剤(C)を混合して樹脂組成物を調製する第1の工程、ボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)を樹脂組成物と混合及び乾燥してNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを作製する第2の工程、Nd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを圧縮成形して、圧縮成形体を作製する第3の工程、及び圧縮成形体を熱処理する第4の工程を含み、硬化促進剤(C)がボレート及びボラン化合物の少なくとも1種である、Nd−Fe−B系ボンド磁石の製造方法。
以下、本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石用コンパウンドの構成要素、製造方法、及びNd−Fe−B系ボンド磁石としての必要項目等について順に説明する。
本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドに用いる樹脂組成物は、上述したように、エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)及び硬化促進剤(C)を配合してなるものである。樹脂組成物は、Nd−Fe−B系ボンド磁石を構成するボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)を結合させるバインダー材としての機能を有し、機械的強度の源となる。樹脂組成物とボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)とを混合することでボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)表面を樹脂組成物で被覆する。なお、樹脂組成物は、ボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)表面全体を被覆していてもよいし、ボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)表面を部分的に被覆してもよい。ボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)表面を被覆している樹脂組成物は、Nd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを金型中で圧縮成形しているとき、ボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)間の隙間に充填し、磁性粉同士が結着する。そして、その後の加熱工程を経ることで、樹脂組成物は、ボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)間の強固な結合を生み出す。
本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドの樹脂組成物に使用するエポキシ樹脂(A)は、1分子中に2個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂であれば特に限定されない。エポキシ樹脂(A)の具体例としては、例えば、ビフェニル型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ジフェニルメタン型エポキシ樹脂、硫黄原子含有型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂及びナフトールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、サリチルアルデヒドノボラック型エポキシ樹脂等サリチルアルデヒド型エポキシ樹脂、ナフトール類とフェノール類との共重合型エポキシ樹脂、アラルキル型フェノール樹脂のエポキシ化物、ビスフェノール型エポキシ樹脂、アルコール類のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、パラキシリレン及び/又はメタキシリレン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、テルペン変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂、多環芳香環変性フェノール樹脂のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹脂のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジル型又はメチルグリシジル型のエポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂、ハロゲン化フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂、トリメチロールプロパン型エポキシ樹脂及びオレフィン結合を過酢酸等の過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂等が挙げられる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
耐熱性の観点から、本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドの樹脂組成物に用いる硬化剤(B)は、好ましくはフェノール樹脂である。硬化剤(B)は、脂肪族ポリアミンやポリアミノアミド、ポリメルカプタンのような低温〜室温で硬化するタイプと、芳香族ポリアミンや酸無水物、フェノールノボラック樹脂、ジシアンジアミド(DICY)のように加熱しないと硬化しない加熱硬化タイプとに分類される。一般的には、低温〜室温硬化タイプの硬化剤で硬化させたエポキシ樹脂は、ガラス転移点が低く、軟らかい硬化物となるため、本発明の用途には好ましくない。そのため、硬化剤(B)は、好ましくは加熱硬化タイプの硬化剤であり、より好ましくはフェノールノボラック樹脂である。フェノールノボラック樹脂を硬化剤(B)として用いることでガラス転移点が高い樹脂硬化物が得られるため、耐熱性や機械的強度に優れたNd−Fe−B系ボンド磁石を製造することができる。
本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドの樹脂組成物に用いる硬化促進剤(C)はボレート及びボラン化合物の少なくとも1種である。これにより、高温高湿の環境下における保存安定性が良好であるボンド磁石用樹脂コンパウンドを得ることができる。ここで、高温高湿の環境下とは、例えば、温度が40℃であり、相対湿度が90%の環境下である。硬化促進剤(C)はボレート及びボラン化合物であってもよいし、硬化促進剤(C)はボレート又はボラン化合物であってもよい。
X+ B−(R)4 (1)
(式(1)中、Bはホウ素を示し、Xはアルキルホスホニウム塩、アリールホスホニウム塩、イミダゾール又はイミダゾール誘導体の塩、3級アミン塩及び4級アンモニウム塩の少なくとも1種を示し、Rはアルキル基、アリール基及びフルオロ基からなる群から選択される1種を示す。)
Y・B(R)3 (2)
(式(2)中、Bはホウ素を示し、Yはアルキルホスフィン、アリールホスフィン、イミダゾール又はイミダゾール誘導体及び3級アミンの少なくとも1種を示し、Rはアルキル基、アリール基及びフルオロ基からなる群から選択される1種を示す。)
本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドに用いるボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)は、ネオジウム・鉄・ホウ素系磁石用粉末である。Nd−Fe−B系磁石の優れた磁気特性と樹脂組成物の高耐熱性・高接着力により優れたボンド磁石を製造することができる。
本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドは、上記硬化促進剤(C)を用いることにより優れた保存安定性を有する。本明細書に記載のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドの保存安定性は、所定時間保管されたNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを用いて作製したNd−Fe−B系ボンド磁石(熱処理後の圧粉成形体)の圧壊強度や抗折強度と、保管時間が非常に短いNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド(例えば、作製直後のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド)を用いて作製したNd−Fe−B系ボンド磁石(熱処理後の圧粉成形体)の圧壊強度や抗折強度とを比較することにより評価することができる。Nd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを長時間、過酷な環境に保管しても、そのNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを用いて作製したNd−Fe−B系ボンド磁石の圧壊強度や抗折強度が低下しない場合、保存安定性がそれだけ高いといえる。実用上の環境を想定した場合、例えば、40℃/90%RHの高温高湿環境でNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを5日ほど保存しても、Nd−Fe−B系ボンド磁石の圧壊強度や抗折強度が変わらなければ、実用上問題が生じないと予測される。さらに、40℃/90%RHの高温高湿環境でNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを2週間ほど保存しても、Nd−Fe−B系ボンド磁石の圧壊強度や抗折強度が変わらなければ、Nd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを大量に生産して長期間保存する量産工程でも問題が生じないと予測される。
本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドは、エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)、硬化促進剤(C)及びボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)以外の配合成分を含むことができる。例えば、本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドは、カップリング剤、流動助材(金属酸化物)、難燃剤及び内部潤滑剤からなる群から選択される少なくとも1種の配合成分をさらに含むことができる。
本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドはカップリング剤を含むことで樹脂組成物と磁性粉表面との間の密着性をさらに高めることでき、Nd−Fe−B系ボンド磁石の強度をさらに高めることができる。カップリング剤には、例えば、エポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン及びビニルシラン等のシラン系化合物のカップリング剤、チタン系化合物のカップリング剤、アルミニウムキレート類のカップリング剤並びにアルミニウム/ジルコニウム系化合物のカップリング剤等が挙げられる。
本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドは、流動助剤をさらに含むことにより、Nd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドの流動性をさらに改善することができる。流動助剤には、例えば安価なシリカ(例えばアエロジル)、シリカよりも熱伝導性に優れるアルミナ等が挙げられる。又、これ以外にも、流動助剤には、炭酸カルシウム、カオリンクレー、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、タルク及びマイカ等の無機微粒子が挙げられる。Nd−Fe−B系ボンド磁石の強度の低下を抑制するという観点からは、流動助剤の平均粒子径(D50)は、好ましくは100nm以下であり、より好ましくは10nm以下である。
本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドは、難燃剤をさらに含むことにより、Nd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドの耐火性を向上させることができる。環境安全性、リサイクル性、成形加工性及び低コストの観点から、難燃剤は、好ましくは臭素系難燃剤、リン系難燃剤、水和金属化合物系難燃剤、シリコーン系難燃剤、窒素含有化合物、ヒンダードアミン化合物、有機金属化合物及び芳香族エンプラからなる群から選択される少なくとも1種である。
本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドは、内部潤滑剤をさらに含むことにより、Nd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドの圧縮成形における金型の損傷を低減することができる。内部潤滑剤は、粉末冶金において使用される潤滑剤であれば特に限定されない。内部潤滑剤には、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム等の金属石鹸、長鎖炭化水素やEBS(エチレンビスステアリン酸アミド)、ポリエチレン等のワックス系潤滑剤などが挙げられる。又、本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドに配合する代わりに、又は配合するとともに、内部潤滑剤の分散液を金型ダイス内壁面(パンチと接触する壁面)に塗布してもよい。
本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドにおける樹脂組成物及びボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)の合計に対する樹脂組成物の含有量は、樹脂組成物及びボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉の総量に対して、好ましくは0.2質量%以上10質量%以下であり、より好ましくは0.4質量%以上5質量%以下である。このような含有量とすることでNd−Fe−B系ボンド磁石の高強度化とNd−Fe−B系ボンド磁石の磁気特性を両立させることができる。
高温で過酷な環境下においても強度の低下が少ない優れたNd−Fe−B系ボンド磁石を得られるという観点からは、硬化後の樹脂組成物のガラス転移温度は、好ましくは150℃以上であり、より好ましくは200℃以上である。なお、本明細書においてガラス転移温度とは、動的粘弾性測定において、tanδがピークになる温度である。
本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石は、本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを用いてなる。
耐熱性が優れたNd−Fe−B系ボンド磁石を得ることができるという観点からは、50℃における本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石の弾性率に対する、150℃における本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石の弾性率の維持率は、好ましくは70%以上であり、より好ましくは80%以上であり、さらに好ましくは90%以上である。なお、弾性率を測定する方法には、三点曲げ試験を50℃及び150℃の温度で測定する方法及び動的粘弾性測定による50℃及び150℃の弾性率を測定する方法等が挙げられる。又、Nd−Fe−B系ボンド磁石の弾性率の維持率は、150℃における本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石の弾性率を50℃における本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石の弾性率で割り算して算出した値をパーセントで表したものである
優れた磁気特性を有するNd−Fe−B系ボンド磁石を得ることができるという観点から、本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石の相対密度は、Nd−Fe−B系磁性粉の真密度に対して、好ましくは70%以上であり、より好ましくは80%以上であり、さらに好ましくは90%以上である。
高温において機械的強度の高いNd−Fe−B系ボンド磁石を得ることができるという観点から、本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石の150℃の温度における圧壊強度は、好ましくは100MPa以上であり、より好ましくは150MPa以上であり、さらに好ましくは200MPa以上である。
本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石の製造方法は、溶媒に溶解したエポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)及び硬化促進剤(C)を混合して樹脂組成物を調製する第1の工程、ボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)を樹脂組成物と混合及び乾燥してNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを作製する第2の工程、Nd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを圧縮成形して、圧縮成形体を作製する第3の工程、及び圧縮成形体を熱処理する第4の工程を含む。そして、第1の工程で使用する硬化促進剤(C)はボレート及びボラン化合物の少なくとも1種である。
上述したように、第1の工程では、溶媒に溶解したエポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)及び硬化促進剤(C)を混合して樹脂組成物を調製する。例えば、これらの混合にはミキサーが使用される。エポキシ樹脂(A)を溶媒に溶解することにより、後述の第2の工程で、ボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)の表面を樹脂組成物で均一に被覆することができる。なお、第1の工程で使用する硬化促進剤(C)はボレート及びボラン化合物の少なくとも1種である。
本発明のNd−Fe−B系ボンド磁石の製造方法の第1の工程で使用する溶媒は、エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)及び硬化促進剤(C)を溶解することができれば、特に限定されない。例えば、溶媒には、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ベンゼン、トルエン及びキシレン等が挙げられる。作業性を考慮した場合、溶媒は、好ましくは、常温では液体であり、沸点が60℃以上150℃以下であるものである。
上述したように、第2の工程では、ボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)を樹脂組成物と混合及び乾燥してNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを作製する。混合及び乾燥には、例えば、ミキシングシェーカー、タンブラーミキサー、V型混合機、ダブルコーン型混合機、リボン型混合機、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサー及びスーパーミキサー等を用いることができる。
上述したように、第3の工程では、Nd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを圧縮成形して、圧縮成形体を作製する。圧縮成形するときの圧力は高ければ高いほど、高磁束密度及び高強度のNd−Fe−B系ボンド磁石を得ることができる。例えば、圧縮成形するときの成形圧は、好ましくは500MPa以上2500MPa以下である。又、量産性や金型寿命の観点から、圧縮成形するときの成形圧は、好ましくは1400MPa以上2000MPa以下である。磁気特性が良好で、機械的強度が高いNd−Fe−B系ボンド磁石を製造することができるという観点から、圧縮成形体の密度は、ボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)の真密度に対して、好ましくは75%以上86%以下であり、より好ましくは80%以上86%以下である。
上述したように、第4の工程では、圧縮成形体を熱処理する。これにより、圧縮成形体中の樹脂組成物を完全に硬化させることができる。したがって、熱処理温度は、熱硬化性樹脂を充分に硬化させることができる温度であれば特に限定されない。例えば、熱処理温度は、好ましくは150℃以上300℃以下であり、より好ましくは175℃以上250℃以下である。又、ボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)の酸化を抑制するために、熱処理は不活性雰囲気下で行うことができる。なお、熱処理温度が300℃よりも高温の場合、製造上不可避の微量酸素によってボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)の酸化が生じたり、樹脂組成物の硬化物の劣化が生じたりすることがある。このような観点から、熱処理温度は、好ましくは300℃以下である。又、上記観点から、熱処理温度の保持時間は、好ましくは1分以上4時間以下であり、より好ましくは5分以上1時間以下である。
Nd−Fe−B系ボンド磁石の評価を行う前に、Nd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドの硬化特性の把握を目的に、Nd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドに用いる樹脂組成物の熱分析及びその硬化物の耐熱性評価を実施した。試験に使用した樹脂組成物の組成及び評価結果を表1に示す。なお、表1中の各成分の配合量の単位は、質量部である。
得られた樹脂組成物の熱的特性は、示差走査熱量計(PERKIN ELMER社製、商品名:DSC7)を用いて評価した。分析は、N2雰囲気下、昇温速度10℃/分で行い、各樹脂組成物の発熱ピーク温度と発熱量を測定した。これらの測定は、配合直後の樹脂組成物と、40℃/90%RHの高温高湿環境で5日間保存した樹脂組成物とについて実施した。そして、配合直後の樹脂組成物の発熱量から40℃/90%RHの高温高湿環境で5日間保存した樹脂組成物の発熱量を引き算して算出した値を配合直後の樹脂組成物の発熱量で割り算して、発熱量低下率を算出した。
又、示差熱熱重量同時測定装置(TG−DTA、EXSTAR6000、(株)日立ハイテクサイエンス製)を用いて高温時の重量減少を測定し、耐熱性の指標を得た。測定は、Alパンに試料(10mg以上20mg以下程度)を詰めてN2雰囲気下、25℃から500℃まで昇温速度10℃/分で昇温させた際の重量変化を測定し、25℃のときの試料の質量を基準として重量低下率を算出した。これらの熱分析の結果を表1にまとめた。
上述の熱特性の評価に用いる樹脂組成物は以下のように作製した。
サリチルアルデヒド型エポキシ樹脂(エポキシ当量168グラム/eq.、軟化点64℃の、日本化薬(株)製、商品名EPPN−502H)をエポキシ樹脂(A)として用いた。又、フェノールノボラック樹脂(水酸基当量106グラム/eq.、日立化成(株)製、商品名HP−850N)を硬化剤(B)として用いた。下記の硬化促進剤(C−1〜10)を硬化促進剤(C)として用いた。さらに、エポキシ樹脂(A)100質量部に対して800質量部の2−ブタノンを、エポキシ樹脂(A)を溶解する溶剤として使用した。これらの原料をプラスチック容器内で表1記載の配合比にて混合し、ミックスロータにて回転数40min−1にて攪拌した。1時間攪拌した後、得られた樹脂溶液を濃縮し、真空ポンプを用いて減圧(到達圧力:約6.7×10−2Pa)することで溶媒を十分に除去した。このようにして樹脂組成物1〜10を作製した。
(2)硬化促進剤C−2:テトラフェニルホスホニウムテトラフェニルボレート(北興化学工業(株)製、製品名TPP−K、融点304−306℃)
(3)硬化促進剤C−3:トリフェニルホスフィントリフェニルボラン(北興化学工業(株)製、製品名TPP−S、融点210−213℃)
(4)硬化促進剤C−4:テトラ―n―ブチルホスホニウムテトラフェニルボレート(日本化学工業(株)製、製品名PX−4PB 融点230℃)を使用した。
(5)硬化促進剤C−5:トリ-tert-ブチルホスホニウムテトラフェニルボレート(東京化成(株)製、融点239℃)
(6)硬化促進剤C−6:テトラブチルアンモニウムテトラフェニルボレート(東京化成(株)製 融点235℃)
(7)硬化促進剤C−7:1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン−5−テトラフェニルボレート(北興化学工業(株)製、製品名DBNK、融点130℃)
(8)硬化促進剤C’−8:トリフェニルホスフィン(北興化学工業(株)製、製品名TPP、融点80℃)
(9)硬化促進剤C’−9:2−シアノエチルー4−メチルイミダゾール(四国化成(株)製、製品名2PZ−CN、融点57℃)を使用した。
(10)硬化促進剤C’−10:1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカ−7−エン(サンアプロ(株)製、製品名DBU)
表1より、硬化促進剤(C)としてボレート又はボラン化合物を使用した樹脂組成物1〜7は、硬化促進剤(C)としてボレート又はボラン化合物を使用していない樹脂組成物8〜10に比べて、いずれも40℃/90%RHの高温高湿環境で5日間保存した樹脂組成物の発熱量の低下が少なかった。これより、40℃/90%RHの高温高湿環境で樹脂組成物1〜7を5日間保存しても、樹脂組成物1〜7の硬化はほとんど進まないが、樹脂組成物8〜10は、40℃/90%RHの高温高湿環境で樹脂組成物8〜10を5日間保存すると硬化が徐々に進むものと考えられる。
又、樹脂組成物1〜7では、樹脂組成物を200℃、250℃と高温に加熱しても重量低下率は小さかった。一方、樹脂組成物8〜10では、200℃、250℃と樹脂組成物を高温に加熱した場合、重量低下率が非常に大きかった。200℃、250℃の段階では、樹脂組成物1〜10は硬化しているので、これより、樹脂組成物1〜7の硬化物の耐熱性は、樹脂組成物8〜10の硬化物の耐熱性よりも優れていることが伺える。
樹脂組成物1〜10のエポキシ樹脂(A)及び硬化剤(B)が同一であることから、樹脂組成物1〜7と樹脂組成物8〜10のこれらの違いは、硬化促進剤(C)がボレート又はボラン化合物であるか否かによると考えられる。したがって、ボレート又はボラン化合物を硬化促進剤(C)として用いることにより、樹脂組成物の保存安定性が向上するとともに、樹脂組成物の硬化物の耐熱性も向上することがわかった。
実施例1〜7及び比較例1〜3のNd−Fe−B系ボンド磁石を作製し、作製したNd−Fe−B系ボンド磁石について、密度及び圧壊強度を測定した。
サリチルアルデヒドノボラック型エポキシ樹脂(エポキシ当量168グラム/eq.、軟化点64℃、日本化薬(株)製、商品名EPPN−502H)をエポキシ樹脂(A)として用いた。又、フェノールノボラック樹脂(水酸基当量106グラム/eq.、日立化成(株)製、商品名HP−850N)を硬化剤(B)として用いた。さらに、上記の硬化促進剤(C−1〜10)を硬化促進剤(C)として用いた。又、Nd−Fe−B粉末(モリコープマグネクエンチ社製、商品名MQP−B、平均粒径:100μm)をボンド磁石用粉末(D)として用いた。さらに、ボンド磁石用粉末100質量部に対して30質量部の2−ブタノンを、エポキシ樹脂(A)を溶解する溶剤として使用した。これらの原料を表2記載の配合比にて容積300mLのナス型フラスコに投入し、25℃にてエバポレータ内で30分ほど撹拌した。続いて、エバポレータ内を減圧し、凝集状態のボンド磁石用樹脂コンパウンドをナス型フラスコから取り出して真空ポンプを用いて減圧(到達圧力:約6.7×10−2Pa)することで溶媒を十分に除去した。溶媒除去後、凝集状態のボンド磁石用樹脂コンパウンドを粗粉砕し、100メッシュのふるいにて粗大粉を除去して粒度を整えた。
次に、100質量部の作製直後のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドに対して内部潤滑剤として0.3質量部のステアリン酸カルシウムを混合し、V型混合機で1時間ほど撹拌した。得られた内部潤滑材含有のボンド磁石用樹脂コンパウンドは、油圧プレス機を用いて2000MPaの成形圧力にて外径11.3mm×高さ8mmの円柱形状の圧縮成形体に成形した。得られた円柱形状の圧縮成形体を窒素ガス(N2)雰囲気下、200℃の温度にて10分間の加熱をすることでNd−Fe−B系ボンド磁石の試験片を作製した。同様にして、40℃/90%RHの環境下にて5日間保存したNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドについても、Nd−Fe−B系ボンド磁石の試験片を作製した。
万能圧縮試験機((株)島津製作所製、商品名:AG−10TBR)を使用して上記試験片を高さ方向から圧縮圧力をそれぞれ印加して、圧縮圧力により試験片が破壊されたときの圧縮圧力の最大値から圧壊強度(MPa)を算出した。Nd−Fe−B系ボンド磁石の圧壊強度の結果を表2にまとめる。又、作製直後のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを用いて作製したNd−Fe−B系ボンド磁石の圧壊強度に対する40℃/90%RHの環境下にて5日間保存したNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを用いて作製したNd−Fe−B系ボンド磁石の圧壊強度の強度低下率より、Nd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドの保存安定性を調べた。強度低下率が大きいほど、Nd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドの保存安定性が悪いことを示す。なお、強度低下率がマイナスの値の場合は、40℃/90%RHの環境下にてNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを5日間保存すると、Nd−Fe−B系ボンド磁石の圧壊強度が高くなる場合である。
一方、比較例1〜3のNd−Fe−B系ボンド磁石は、圧壊強度の低下幅が大きく、ボンド磁石用樹脂コンパウンドの保存安定性が悪かった。これは、表1の結果を考慮すると、樹脂組成物の保存安定性が乏しいことが影響したものと考えられる。このような保存安定性に乏しいNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドでは、Nd−Fe−B系ボンド磁石の製造が困難となる。
Claims (9)
- エポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)及び硬化促進剤(C)を配合してなる樹脂組成物と、ボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)とを含み、
前記硬化促進剤(C)が、ボレート及びボラン化合物の少なくとも1種であるNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド。 - 前記硬化促進剤(C)のボレートが、下記一般式(1)で表されるボレートである請求項1に記載のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド。
X+ B−(R)4 (1)
(式(1)中、Bはホウ素を示し、Xはアルキルホスホニウム塩、アリールホスホニウム塩、イミダゾール又はイミダゾール誘導体の塩、3級アミン塩及び4級アンモニウム塩の少なくとも1種を示し、Rはアルキル基、アリール基及びフルオロ基からなる群から選択される1種を示す。) - 前記硬化促進剤(C)のボラン化合物が、下記一般式(2)で表されるボラン化合物である請求項1に記載のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド。
Y・B(R)3 (2)
(式(2)中、Bはホウ素を示し、Yはアルキルホスフィン、アリールホスフィン、イミダゾール又はイミダゾール誘導体及び3級アミンの少なくとも1種を示し、Rはアルキル基、アリール基及びフルオロ基からなる群から選択される1種を示す。) - 前記硬化促進剤(C)の含有量が、ボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)100質量部に対し、0.000001質量部以上0.6質量部以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド。
- 前記エポキシ樹脂が、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂及びナフトールノボラック型エポキシ樹脂からなる群から選択される少なくとも1種である請求項1〜4のいずれか1項に記載のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド。
- 前記エポキシ樹脂が、サリチルアルデヒドノボラック型構造を有する請求項1〜4のいずれか1項に記載のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド。
- 前記硬化剤(B)がフェノール樹脂であり、
前記エポキシ樹脂(A)のエポキシ基1当量に対する前記エポキシ樹脂(A)のエポキシ基と反応する前記硬化剤(B)中の活性基の比率が0.5以上1.5以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンド。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載のNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを用いてなるNd−Fe−B系ボンド磁石。
- 溶媒に溶解したエポキシ樹脂(A)、硬化剤(B)及び硬化促進剤(C)を混合して樹脂組成物を調製する第1の工程、ボンド磁石用Nd−Fe−B系磁性粉(D)を前記樹脂組成物と混合及び乾燥してNd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを作製する第2の工程、前記Nd−Fe−B系ボンド磁石用樹脂コンパウンドを圧縮成形して、圧縮成形体を作製する第3の工程、及び前記圧縮成形体を熱処理する第4の工程を含み、前記硬化促進剤(C)がボレート及びボラン化合物の少なくとも1種である、Nd−Fe−B系ボンド磁石の製造方法。
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