JP2816668B2 - 磁気異方性樹脂結合型磁石の製造方法 - Google Patents
磁気異方性樹脂結合型磁石の製造方法Info
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Description
磁石の製造方法に関する。
は、金属製ダイ中に充填した磁石粉末に該磁石粉末が回
転移動し、磁化容易軸方向に磁界の方向を揃えるため
に、該磁石粉末に一定時間8〜12kOeの静磁界を印
加しつつパンチにより加圧成形する方法が行われてい
る。
には、ゴムモールドを使用してパルス磁界中で予備成形
し、静磁場中でゴムモールドのままダイプレスして異方
性樹脂結合型磁石の製造方法が開示されている。この方
法ではゴムモールドを使用しているためダイプレス時に
低い成形圧力(0.8〜1.5t/cm2)の付加しか
できない。このため成形体を高密度化することが困難と
なり高い磁気特性を得ることが難しい。またゴムモール
ドで成形しているため成形体の寸法精度も十分でなく、
かつゴムモールドの消耗が激しいので量産化等に問題が
ある。
式冷間水圧プレス装置にパルス磁場コイル、静磁場コイ
ルを取り付け、該磁場内で粉末成型を行い異方性希土類
磁石を製造する方法が開示されている。この方法も静水
圧の印加にゴム膜を使用するため寸法精度が十分でない
等の問題がある。他方、本発明者らが先に開示した特開
平8−31677号公報には、上記の問題点を金型成形
法により改善して高寸法精度を達成し、さらに熱硬化性
樹脂が液状化する際に磁界を印加することにより高配向
化を達成して高い磁気特性の磁気異方性樹脂結合型磁石
を製造する方法を開示した。しかし、熱硬化性樹脂が液
状化させ、磁界を印加し、次いで加圧成形するという大
きく2つの機能を1装置内で付与するために、生産性に
問題が残されている。また同一装置内で成形するため
に、成形金型に制約を受けて、高い磁場を得るための柔
らかい軟磁性材料、非磁性材を使用しなければならな
い。これらの材料は十分な圧力を付加することが困難
で、高密度の成形体を得ることが困難であった。
鑑みてなされたもので、高い磁気特性を維持しつつ、量
産性に優れかつ高寸法精度の磁気異方性樹脂結合型磁石
の成形体の製造方法を提供することを目的とする。
末と熱硬化性樹脂とからなるコンパウンド中での異方性
磁石粉末の配向について検討と試作を繰り返した。そし
て、コンパウンド中の熱硬化性樹脂が加熱されて溶融状
態になったときに磁場を作用し圧縮成形することにより
異方性磁石粉末が容易に高配向すること、および磁場の
作用を切っても異方性磁石粉末の高配向が維持されるこ
とを発見確認し、本発明を完成した。
の製造方法は、異方性磁石粉末と熱硬化性樹脂とからな
るコンパウンドを配向磁場中で該異方性磁石粉末を配向
させながら圧縮成形して所定形状の磁気異方性樹脂結合
型磁石の製造方法において、配向磁場装置を具備する予
備成形装置の所定予備成形型内で前記コンパウンドを加
熱して該熱硬化性樹脂を溶融状態とするとともに配向磁
場を作用させて該異方性磁石粉末を配向させながら圧縮
成形し配向予備成形体とする配向工程と、該配向予備成
形体を該予備成形装置から本成形装置の本成形型内に移
送する移送工程と、該本成形装置で該配向予備成形体を
圧縮しつつ加熱して所定形状の磁気異方性樹脂結合型磁
石とする本成形工程と、からなることを特徴とする。
方法では、その配向工程でコンパウンドを構成する熱硬
化性樹脂が溶融状態となるコンパウンドの最も粘性の低
い状態で磁場を作用する。このためコンパウンドの他の
構成成分である異方性磁石粉末はコンパウンド中で容易
に回転変位して磁場方向に配向する。そしてこの状態で
型内で圧縮成形され次工程に搬送のために必要な強度を
付与された所定寸法の予備成形体がえられる。この予備
成形体は異方性磁石粉末が配向してチェーン状の連鎖を
形成している。そして連鎖を形成している異方性磁石粉
末の周囲には半硬化の樹脂、微細空間が存在する。その
後、本成形工程の型内で再圧縮成形され、微細空間が押
しつぶされ寸法精度が高く高配向の磁気異方性樹脂結合
型磁石となる。
石の製造方法は、異方性磁石粉末と熱硬化性樹脂とから
なるコンパウンドを配向磁場中で該異方性磁石粉末を配
向させながら圧縮成形して所定形状の磁気異方性樹脂結
合型磁石とする圧縮成形法に基づいている。すなわち、
圧縮成形で形状寸法を与え、熱硬化性樹脂で異方性磁石
粉末を一体化するものである。この本発明の磁気異方性
樹脂結合型磁石の製造方法は配向工程と移送工程と本成
形工程とからなる。
る予備成形装置を使用する。この予備成形装置は配向磁
場装置を組み込んだ圧縮成形装置と考えることができ
る。配向磁場装置および圧縮成形装置共に従来より公知
のものを使用できる。なお、配向磁場を優先するため
に、型の材質としては好ましくない材料、例えば予備成
形型の材質を配向磁場に適した軟磁性体あるいは非磁性
体とすることもできる。また、圧縮成形時の加圧力を小
さくし、型の材質としては好ましくない材料で作られた
予備成形型を保護することもできる。
る。この工程は十分に混合されたコンパウンドを使用す
る。コンパウンドを構成する熱硬化性樹脂は粒径44μ
m程度の微粉末がよい。また、異方性磁石粉末の粒径と
しては44〜425μm程度のものがよい。具体的な熱
硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、
ポリエステル樹脂を挙げることができる。異方性磁石粉
末としてはフェライト磁石粉末も使用できるが磁気特性
の優れた希土類磁石粉末がこのましい。希土類磁石とし
ては具体的にNd−Fe−B系、Sm−Co系、Sm−
Fe−N系を挙げることができる。
積%としたとき、10〜20体積%が好ましい。熱硬化
性樹脂の配合割合が多いと得られる磁石の磁気特性が低
い。逆に熱硬化性樹脂の配合割合が少ないと、成形性が
悪くなるとともに配向工程での異方性磁石粉末の配向が
不十分となり、磁気特性が低下する。この配向工程で
は、まず予備成形型にコンパウンドを供給する。コンパ
ウンドの供給量は得られる磁石の寸法精度に影響するた
め正確に所定量のコンパウンドを予備成形型に投入しな
ければならない。コンパウンドの加熱は予備成形型を加
熱し型から伝達される熱で加熱することができる。な
お、成形性に悪い影響がなければ、他の加熱手段を採用
することもできる。例えば、予めコンパウンドを無加熱
で加圧成形してグリーンコンパクトとし、このグリーン
コンパクトを予備成形型外で加熱し、直ちに予備成形型
に投入して配向工程を実施することもできる。
熱硬化性樹脂の粘度が最も低くなった時である。熱硬化
性樹脂は加熱により軟化して溶融する。その後、硬化反
応が進行し固くなる。磁場を作用させる時期および加圧
時期はこの熱硬化性樹脂が加熱されて軟化した後でかつ
硬化反応の進行により粘度が高くなる前におこなう。な
お、硬化反応の速さ、軟化した時の樹脂粘度は熱硬化性
樹脂の種類、使用する硬化促進剤等の助剤等によって異
なる。従って、使用する熱硬化性樹脂は成形タクトとか
成形条件に合わせて選択する必要がある。また、磁場を
作用させる時期および加圧時期も使用する熱硬化可塑性
樹脂によって管理する必要がある。
度でよい。また、磁界はパルス的に作用させても、静的
に作用させてもよい。加圧は1.0〜2.0ton/c
m2程度でよい。これにより異方性磁石粉末が十分に配
向し、所定形状を持ちかつ取り扱える程度に固い予備成
形体が成形できる。なお、予備成形型からの脱型を容易
にするため、異方性磁石粉末を配向させた後減磁処理を
施すこともできる。減磁処理は通常実施されている減磁
処理をそのまま採用できる。
れた配向予備成形体を予備成形装置から本成形装置に移
送する工程である。この移送工程はロボットアームを用
いて配向予備成形体を予備成形装置から本成形装置に移
送してもよいし、プレス装置のトランスファー装置のよ
うに、予備成形装置と本成形装置との間に配向予備成形
体を移送する移送保持具を配置して行ってもよい。
硬化反応が進行しているためできるだけ早く本成形を行
うのが好ましい。このため移送工程は迅速に行うのが望
ましい。本発明の本成形工程は移送工程で移送される配
向予備成形体を圧縮しつつ加熱して所定形状の磁気異方
性樹脂結合型磁石とするもので、この本成形工程ではよ
り緻密でかつ強固に結合された磁石とするものである。
この本成形工程では本成形装置を使用する。この本成形
装置は通常の圧縮成形装置をそのまま使用してもよい。
本成形工程では配向工程の押圧力より強い押圧力を作用
させるようにするのが好ましい。また、強い押圧力の保
持時間は、熱硬化性樹脂による異方性磁石粉末の固定が
より確実となるように、温度、圧力、時間を最適化す
る。具体的には7.0〜10.0Ton/cm2の押圧
力で温度は150〜180℃、時間は3〜10秒の押圧
持続が好ましい。
配向予備成形体をさらに加熱するのが好ましい。また、
特殊な条件下では、配向磁場装置を本成形装置に組み込
み、配向工程の磁界より弱い配向磁場を作用させつつ圧
縮成形を実施することもできる。本成形装置から取り出
した後、得られた磁気異方性樹脂結合型磁石を加熱炉中
に入れ、さらに加熱して熱硬化性樹脂の硬化を完了させ
る後加熱工程を実施してもよい。また、得られた磁気異
方性樹脂結合型磁石の着磁を行う着磁工程を実施するこ
ともできる。
t%)、B:6.0(at%)、Co:17.1(at
%)、Ga:0.3(at%)、Zr:0.1(at
%)、Fe:残り(合金全体で100原子%)となる合
金原料をボタンアーク溶解炉にて溶解・鋳造し各合金の
インゴットを作製した。得られた合金のインゴットを1
100℃で40時間の均質化処理を施した。
圧力0.5(kgf/cm2 )で室温から800℃まで
約1時間かけて昇温し、その後800℃で3時間保持し
た後、ガス圧5×10-5で800℃で30分間保持して
脱水素処理をおこない室温に急冷した。得られた原料合
金は、乳鉢で軽く粉砕し、平均粒度150μmの磁石粉
末とした。
としてエピコート1004と硬化剤DDM(油化シェル
社製)とシラン系カップリング材(合わせて20体積
%)とからなる成形粉末(コンパウンド)を調製した。
本実施例では図1に示す装置を使用した。この装置は配
向磁場装置10を具備する予備成形装置20と本成形装
置30とからなる。予備成形装置20は、加熱源21を
もち中央に貫通孔からなる成形孔23を区画する筒状の
予備成形ダイ22と、この成形孔23の上側開口より挿
入される上パンチ24、下側開口より挿入される下パン
チ25、およびこれら上パンチ24および下パンチ25
を互いに近接する方向に加圧する加圧装置26とからな
る。
平方向に挟む一対の磁極11、12とこれら磁極11、
12に磁気を供給する電磁コイル13とからなる。な
お、予備成形ダイの本体22はパーメンジュール又は純
鉄で形成され、その内周面を形成する部分22’は非磁
性合金で形成されている。成形孔23の断面は7×7m
mである。
に貫通孔からなる成形孔33を区画する筒状の本成形ダ
イ32と、この成形孔33の上側開口より挿入される上
パンチ34、下側開口より挿入される下パンチ35、お
よびこれら上パンチ34および下パンチ35を互いに近
接する方向に加圧する加圧装置36とからなる。なお、
本成形ダイ32は超硬合金(WC−Co系)または合金
工具鋼(SKD61)で形成され、成形孔の断面は7×
7mmである。
す円柱状の磁気異方性樹脂結合型磁石を成形した。な
お、この磁石は7×7mm、高さ7mmで、図2(B)
に矢視されているように相背向する側面にN極およびS
極をもつ。この成形装置を使用し、前記したコンパウン
ドを用いて表1に示す予備成形条件で予備成形体を作
り、直ちにこの予備成形体をロボットハンドで本成形装
置に移送し、表1に示す本成形条件で本成形を行った。
表1に示すように、予備成形および本成形共に成形温度
を150℃とした。なお、成形温度は予備成形ダイ22
および本成形ダイ32の温度である。また、試料No.
1〜試料No.6については予備成形では成形圧力を
1.0〜6.0t/cm2 の範囲で、成形磁場として1
0〜15kOeを作用させた。そして本成形では成形圧
力を9.0t/cm2と一定とし、成形磁場は印加しな
かった。そして成形磁場として20kOeを作用させ
た。なお、予備成形行程ではコンパウンドの投入後約2
0秒後にコンパウンドの粘度が最も低くなることを確認
している。
は予備成形を実施することなく、予備成形装置20を用
いてそのまま本成形をおこなった。成形圧力はいずれも
8.5t/cm2 と一定とし、成形磁場10、15およ
び20kOeを作用させた。予備成形サイクルは、コン
パウンドを予備成形ダイ22の成形孔23に投入し、投
入後10秒の時間で成形磁場を作用させ30秒まで成形
磁場を作用させ続けた。成形圧力は投入後20秒の時間
で加圧し10秒持続した。試料No.1〜試料No.6
の本成形については、予備成形体が得られた後約2秒後
に本成形ダイ32中に予備成形体を投入し、投入後10
秒たったところで加圧し20秒持続した。また、試料N
o.11〜試料No.13についてはコンパウンドを予
備成形ダイ22の成形孔23に投入し、投入後10秒の
時間で成形磁場を作用させ50秒まで成形磁場を作用さ
せ続けた。成形圧力は投入後20秒の時間で加圧し30
秒持続した。
気特性を表2に示す。表2の各磁気異方性樹脂結合型磁
石の磁気特性から明らかなように、予備成形圧力を6.
0t/cm2 以下と成形圧力を低くし、本成形で成形磁
場を印加することなく成形圧力9.0t/cm2 で成形
した試料No.1〜試料No.6の各磁気異方性樹脂結
合型磁石の磁気特性は、一段成形で8.5t/cm2 の
高圧と10〜20kOeの成形磁場を同時に印加した試
料No.11〜試料No.13の各磁気異方性樹脂結合
型磁石の磁気特性とはほぼ同一であった。
して比較的低い成形圧力で予備成形体を成形し、本成形
で成形磁場を付与することなく高い成形圧力で成形する
ことにより磁気特性の優れた磁気異方性樹脂結合型磁石
が得られることが明らかとなった。このことは予備成形
ダイには磁気が作用するため、磁気を通しやすい、通常
の高圧の圧縮成形ダイには使用できない型材でも、予備
成形ダイ用の型材として使用できることを意味する。こ
れにより予備成形装置および本成形装置を含む成形装置
全体の構成を容易にすることができるとともに、成形装
置を安価とすることが容易となる。
間に要する時間に比較して長い場合には、予備成形と本
成形の2度の成形を行っても、1個の磁気異方性樹脂結
合型磁石を製造するに要する成形時間は、1個の成形装
置で行うのと変わらない。そして予備成形と本成形の時
間を同一とすることにより1個の磁気異方性樹脂結合型
磁石を製造するに要する成形時間で2個の磁気異方性樹
脂結合型磁石を製造することができることになる。すな
わち、高価な配向磁場装置を具備する予備成形装置の稼
働率を2倍とすることができ、生産性が高くなる。
方性樹脂結合型磁石は堅い高精度の成形型内で型成形さ
れたものである。このため製品の寸法精度が極めて高
い。図1に示す成形装置では、図2(A)、図2(C)
および図2(D)3に示す形状でかつ加圧方向と交差す
る方向にN極およびS極をもつ磁気異方性樹脂結合型磁
石を成形できる。
力線が伸びる磁気異方性樹脂結合型磁石は、例えば、図
4に示す装置で成形することができる。
予備成形装置50と本成形装置70とからなる。予備成
形装置50は、加熱源51をもち中央に貫通孔からなる
成形孔53を区画する筒状の予備成形ダイ52と、この
成形孔53の上側開口より軸芯に挿入される上コア5
4、下側開口より軸芯に挿入され円柱状の上コア54と
当接する円柱状の下コア55、成形孔53の内周面と上
コア54の外周面との間の筒状の成形空間の上側開口か
ら挿入される筒状の上パンチ56および成形孔53の内
周面と下コア55の外周面との間の筒状の成形空間の下
側開口から挿入される筒状の下パンチ57、上パンチ5
6の上端に溶接して一体化されている上パンチ基部5
8、下パンチ57の下端にネジ止めして一体化されてい
る下パンチ基部59、上コア54および下コア55を互
いに近接する方向に加圧するコア加圧装置60、およ
び、上パンチ基部58および下パンチ基部59を互いに
近接する方向に加圧するパンチ加圧装置61とからな
る。
心に軸方向に対向して形成された電磁コイル41、42
とこれら磁極11、12に磁気を供給する電磁コイル1
3とからなる。なお、予備成形ダイ22、上パンチ56
および下パンチ57は非磁性材料で、上コア54、下コ
ア55、上パンチ基部58および下パンチ基部59は磁
性材料で形成されている。
1から出る磁力線は上パンチ基部58および上コア54
を通り、上コア54から遠心方向に放射状に成形孔53
を通り予備成形ダイ52にはいる。そして予備成形ダイ
52より電磁コイル41に戻る。一方、電磁コイル42
から出る磁力線は下パンチ基部59および下コア55を
通り上コア54に入る、そして上コア54から遠心方向
に放射状に成形孔53を通り予備成形ダイ52にはい
る。そして予備成形ダイ52より電磁コイル42に戻
る。このように、この予備成形装置50ではその成形孔
53には磁力線が遠心方向に放射線状に伸びる。このた
め予備成形体には内周面側が一方の磁極となり外周面側
が他方の磁極となる磁気異方性樹脂結合型磁石の予備成
形体が成形できる。
に貫通孔からなる成形孔73を区画する筒状の本成形ダ
イ72と、この成形孔73の上側開口より軸芯に挿入さ
れる上コア74、下側開口より軸芯に挿入され円柱状の
上コア54と当接する円柱状の下コア75、成形孔73
の内周面と上コア74の外周面との間の筒状の成形空間
の上側開口から挿入される筒状の上パンチ76および成
形孔53の内周面と下コア55の外周面との間の筒状の
成形空間の下側開口から挿入される筒状の下パンチ7
7、上パンチ76の上端にネジ止めして一体化されてい
る上パンチ基部78、下パンチ77の下端に溶接して一
体化されている下パンチ基部79、上コア74および下
コア75を互いに近接する方向に加圧するコア加圧装置
80、および、上パンチ基部78および下パンチ基部7
9を互いに近接する方向に加圧するパンチ加圧装置81
とからなる。
着磁された予備成形体をより高圧で圧縮成形するもの
で、配向磁場装置は設けられていない。本発明の磁気異
方性樹脂結合型磁石の製造方法に使用できる成形装置
は、図1および図4に示す装置に限られない。従来から
知られている配向磁場装置を持つ圧縮成形装置を本発明
の予備成形装置として、また、従来から知られている配
向磁場装置を持たない圧縮成形装置を本発明の本成形装
置として使用できる。
形で行い高圧縮を必要とする圧縮成形を本成形で行い、
異なる機能をそれぞれ異なる工程で付与している。この
ように同時に磁場配向と高圧縮を達成しなくとも得られ
る磁気異方性樹脂結合型磁石の磁気特性は変わらない。
このため本発明の方法では、成形装置を安価にすること
ができるとともに、磁場配向工程と再圧縮工程とを連続
化し、同時進行することにより、生産性を倍増すること
ができる。また、金型を磁場配向用と再圧縮用に分ける
ことにより金型の寿命が長くなる。そして得られる磁気
異方性樹脂結合型磁石は型成形されたものであり、寸法
精度が高い。
の製造に用いた成形機の断面模式図である。
び磁力線の方向を示す斜視図である。
異方性樹脂結合型磁石の主な磁石の形状を示す斜視図で
ある。
に用いられる成形機の断面模式図である。
形装置 30、80:本成形装置 22、52:予備成
形ダイ 32、72:本成形ダイ 13、41、42:
電磁コイル
Claims (3)
- 【請求項1】 異方性磁石粉末と熱硬化性樹脂とからな
るコンパウンドを配向磁場中で該異方性磁石粉末を配向
させながら圧縮成形して所定形状の磁気異方性樹脂結合
型磁石の製造方法において、 配向磁場装置を具備する予備成形装置の所定予備成形型
内で前記コンパウンドを加熱して該熱硬化性樹脂を溶融
状態とするとともに配向磁場を作用させて該異方性磁石
粉末を配向させながら圧縮成形し配向予備成形体とする
配向工程と、 該配向予備成形体を該予備成形装置から本成形装置の本
成形型内に移送する移送工程と、 該本成形装置の本成形型内で半溶融半硬化状態の該配向
予備成形体を圧縮しつつ加熱して所定形状の磁気異方性
樹脂結合型磁石とする本成形工程と、 からなることを特徴とする磁気異方性樹脂結合型磁石の
製造方法。 - 【請求項2】 該配向工程で該異方性磁石粉末を配向さ
せた後減磁処理を施す請求項1に記載の磁気異方性樹脂
結合型磁石の製造方法。 - 【請求項3】 該本成形工程の後で該磁気異方性樹脂結
合型磁石を加熱し該熱硬化性樹脂の硬化を完了させる硬
化工程を含む請求項1に記載の磁気異方性樹脂結合型磁
石の製造方法。
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