JP2860930B2 - 酸化物磁性材料の製造方法 - Google Patents

酸化物磁性材料の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘマタイト粉から所定
の値の電気抵抗率を持つ酸化物磁性材料を製造する製造
方法に関するものである。
【0002】酸化物磁性材料である単相マグネタイト粉
は、磁性流体、電気抵抗素子、電子写真用のトナーやキ
ャリアなどに幅広く使用されるものであり、これを多量
に安価かつ任意の電気抵抗率を持つものを製造すること
が望まれている。
【0003】
【従来の技術】従来、酸化物磁性材料であるマグネタイ
ト粉を製造するのに以下の3つの方法が知られている。
【0004】(1) 湿式法(共沈法):Fe2++2F
3+の水溶液をアルカリ性にし、マグネタイト粉Fe3
4を共沈させて製造する。 (2) 乾式法:ヘマタイトα−Fe23を水素・一酸
化炭素あるいは水蒸気中で加熱・還元してマグネタイト
粉Fe34を製造する。
【0005】(3) 粉砕法:天然に産する磁鉄鉱を粉
砕してマグネタイト粉を製造する。また、本願発明者が
先に出願した特開平5−141473号に記載されてい
る製造方法によってヘマタイトからマグネタイトを効率
的に製造する方法がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の製造方
法によって製造したマグネタイト粉は、電気良導体とし
ての性質を利用する分野の基材として、必ずしも満足で
きるものではなかった。従来のマグネタイトの電気伝導
性を樹脂などの混合やコーティングによって調整する方
法は、ネットワーク抵抗素子や電子写真現像用トナーや
キャリアなどで広く使われている。
【0007】しかし、電気良導体のマグネタイトと絶縁
性樹脂、あるいはマグネタイトと導電性樹脂の組み合わ
せでは、きめ細かな電気伝導性の調整が不可能であると
いう問題があった。このため、マグネタイト粉の基材自
身の電気伝導性を任意に調整することが望まれている。
また、本願発明者が先に出願した特開平5−14147
3号に記載されている「ヘマタイト粉に、炭素原子同士
の単結合又は二重結合を有する液状又は粉末状物質を
0.1〜4.0重量%加え、ほぼ均一に混合した後、不
活性ガス中で1200〜1450°Cで加熱処理するこ
とを特徴とする単相マグネタイト粉の製造方法」によっ
て製造したマグネタイトでも、電気伝導性を任意に調整
できるように改善することが望まれている。
【0008】本発明は、これらの問題を解決するため、
ヘマタイト粉に炭素原子同士の単結合あるいは二重結合
を有する物質を混合し、焼成してマグネタイト粉を生成
した後、酸素雰囲気中で加熱処理を行ってマグネタイト
粉の持つ特性を活かしたままで所望の電気抵抗率を持つ
酸化物磁性材料を簡易、安価、かつ多量に製造すること
を目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】図1を参照して課題を解
決するための手段を説明する。図1において、混合工程
2は、ヘマタイト粉に−C−C−あるいは−C=C−を
分子中に有する液体状物質あるいは粉末状物質を0.1
〜4.0wt%混合する工程である。
【0010】造粒工程4は、ヘマタイト粉を球状顆粒に
する工程である。焼成工程5は、不活性ガス中で120
0〜1450°Cの焼成処理してマグネタイト粉を生成
する工程である。
【0011】加熱工程7は、焼成工程5によって生成し
たマグネタイト粉について、酸素濃度0.1〜21%中
で250〜300°Cの範囲で加熱処理する工程であ
る。
【0012】
【作用】本発明は、図1に示すように、混合工程2でヘ
マタイト粉に−C−C−あるいは−C=C−を分子中に
有する液体状物質あるいは粉末状物質を0.1〜4.0
wt%混合し、焼成工程5によって不活性ガス中で12
00〜1450°Cの焼成を行ってマグネタイト粉を生
成し、加熱工程7でこのマグネタイト粉を酸素濃度0.
1〜21%中で250〜300°Cに加熱処理し、マグ
ネタイト粉の持つ飽和磁化特性などを活かしたまま任意
の値の電気抵抗率を持つ酸化物磁性材料を製造するよう
にしている。
【0013】この際、焼成工程5の前の造粒工程4によ
ってヘマタイト粉を球状顆粒とし、酸化物磁性材料を球
状とするようにしている。従って、ヘマタイト粉に炭素
原子同士の単結合あるいは二重結合を有する物質を混合
し、焼成してマグネタイト粉を生成した後、酸素雰囲気
中で加熱処理を行うことにより、マグネタイト粉の飽和
磁化などの特性を活かしたまま所望の電気抵抗率を持つ
酸化物磁性材料を簡易、安価、かつ多量に製造すること
が可能となる。
【0014】
【実施例】次に、図1から図5を用いて本発明の実施例
の構成および動作を順次詳細に説明する。
【0015】図1は、本発明の1実施例構成図を示す。
図1において、配合工程1は、所定粒径(例えば1μ
m)のヘマタイト粉および必要に応じて各種添加物を配
合する工程である。
【0016】混合工程2は、ヘマタイト粉に−C−C−
あるいは−C=C−を分子中に持つ化合物(液状物質あ
るいは固体状物質)を0.1〜4.0wt%混合する工
程である。例えばヘマタイト粉にポリビニールアルコー
ル2wt%、分散剤としてポリカルボン酸塩1wt%を
加え、更に球状顆粒にする造粒のための水を加える。こ
こで、水は、30%〜70%の範囲で加える。30%よ
りも少ないと、混練したときのスラリー粘度が高過ぎて
球状化できなかった。70%よりも多いと、スラリー濃
度が薄過ぎて緻密な球状顆粒が得られなかった。
【0017】粉砕工程3は、混合工程2によって混合し
たものを、アトリションミルで湿式粉砕してヘマタイト
濃度約50wt%のスラリーを作成する工程である。造
粒工程4は、球状顆粒を生成する工程である。ここで
は、スラリーをアトライターで1時間撹拌後、スプレー
ドライヤーで熱風乾燥して球状顆粒化する。
【0018】焼成工程5は、造粒工程4で得られた顆粒
を不活性ガス中(例えば窒素ガス中)で1200〜14
50°Cの範囲の温度で2時間加熱処理し、単相マグネ
タイト粉にする工程である。ここで、不活性ガス中(弱
い還元性雰囲気中)でヘマタイトからマグネタイトへの
熱転移に加えて、ヘマタイト粉と混合した有機物を不活
性ガス中で加熱して不完全燃焼状態にし、当該有機物の
熱分解時にヘマタイトから酸素を奪って還元してマグネ
タイト化を大幅に促進する。
【0019】解砕工程6は、焼成工程5で焼きついてい
る粒同士を引き剥がす工程である。加熱工程7は、生成
した単相マグネタイト粉を酸素濃度0.1〜21%(空
気中の酸素濃度)中で250〜300°Cの範囲で加熱
処理を行い、マグネタイト粉のごく表面を酸化し、電気
抵抗率を調整する工程である(図3の抵抗率の実験結果
例参照)。
【0020】解砕工程8は、再焼成したマグネタイトお
よびヘマタイトの混在粉を解砕して製品に仕上げる工程
である。以上の工程に従い、ヘマタイト粉に−C−C−
あるいは−C=C−、および水を混合し良く混練して熱
風乾燥し、球状に造粒した後、不活性ガス中で1200
〜1450°Cの範囲で焼成して単相のヘマタイト粉を
生成した後、酸素ガス濃度0.1〜21%中で250〜
300°Cの範囲で加熱処理を行って単相のヘマタイト
粉のごく表面を酸化し、所望の電気抵抗率(図3の実験
結果例参照)の球状のX線回折では単相のマグネタイト
粉(酸化物磁性粉)を製造することができる。これによ
り、所望の電気抵抗率を持つ酸化物磁性粉を安価、多
量、かつ安全に製造することが可能となった。以下順次
説明する。
【0021】図2は、本発明の焼成実験結果例を示す。
これは、ヘマタイト粉にPVA(ポリビニールアルコー
ル)を図示の量だけ添加および分散材としてポリカルボ
ン酸塩1wt%に水を加えて混合して顆粒化したもの
を、図示の加熱温度で焼成した後の粉末X線回折による
定性分析結果である。比較例は比較のための実験例であ
る。実施例は本発明の実施例である。この実験例から以
下のことが判明した。
【0022】(1) PVAを添加せずにヘマタイト粉
のみの場合(試料番号1〜8)、加熱温度を変えても単
相のマグネタイトは得られなかった。X線回折の結果に
よれば、α−Fe23あるいはFeOの相が存在する。
【0023】(2) PVAの添加量を2wt%とし、
加熱温度を変えると、1200〜1450°Cの範囲で
単相のマグネタイトが得られた(試料番号13〜1
5)。1150°C以下ではα−Fe23が共存(試料
番号9〜12)し、1500°C以上ではFeOが共存
(試料番号16)した。従って、加熱温度は、1200
〜1450°Cの範囲とする必要がある(試料番号13
〜15)。
【0024】(3) 加熱温度を1300°Cと固定
し、PVA添加量を0.1〜3.0wt%まで変えた場
合、全て単相のマグネタイトが得られた(試料番号17
〜22)。
【0025】以上の実験結果からヘマタイト粉にPVA
の添加量が0.1〜3wt%(4wt%)で加熱温度が
1200〜1450°Cの範囲で焼成すると、全て単相
のマグネタイトを生成できると判明した。
【0026】図3は、本発明の抵抗率の実験結果例を示
す。これは、図2の焼成実験結果例に示した範囲で焼成
した単相のマグネタイト粉について、図示の酸素雰囲気
中で図示の加熱温度で加熱処理したときの電気抵抗率を
測定したものである(図5参照)。粉体の電気抵抗率測
定は環境湿度の影響を多大に受けるため、測定は恒温恒
湿環境下(22°C、相対湿度55±3%)で行った。
また、ガスの酸素濃度は、ジルコニア式酸素濃度計で測
定した。
【0027】(1) 加熱処理をしない場合(試料番号
1)、抵抗率が2.5E8(Ω・cm)であった。ここ
で、2.5E8=2.5×108を表す。 (2) 雰囲気が21%O2(空気の酸素濃度)の場
合、加熱温度が250〜300°Cの範囲で加熱処理
し、図示のように抵抗率2.5E9位となり、(1)の
無加熱処理の場合に比し、1桁抵抗率を大きくしたマグ
ネタイト粉の表面をごくわずか酸化したX線回折では単
相のマグネタイト粉が得られた。
【0028】(3) 雰囲気が2.0%O2の場合、
(2)と同様に、加熱温度が250〜300°Cの範囲
で加熱処理し、図示のように抵抗率2.5E9〜3.0
E9となり、(1)の無加熱処理の場合に比し、1桁抵
抗率を大きくしたマグネタイト粉の表面を酸化したX線
回折では単相のマグネタイト粉が得られた。
【0029】(4) 雰囲気が0.2%O2の場合、
(2)と同様に、加熱温度が250〜300°Cの範囲
で加熱処理し、図示のように抵抗率2.6E9〜2.9
E9となり、(1)の無加熱処理の場合に比し、1桁抵
抗率を大きくしたマグネタイト粉の表面を酸化したX線
回折では単相のマグネタイト粉が得られた。
【0030】以上の実験結果から図2の焼成実験で得た
単相のマグネタイト粉を、酸素ガス0.2(0.1%)
〜21%(空気の酸素濃度)中で加熱温度250〜30
0°の範囲で加熱処理して表面酸化し、任意の抵抗率の
X線回折では単相のマグネタイト粉(酸化物磁性材料
粉)を生成できることが判明した。
【0031】図4は、本発明の加熱・冷却曲線例を示
す。これは、図3の加熱温度T°C、2Hr(加熱温度
T°Cで2時間加熱)のときの加熱曲線例である。室温
から200°C/Hrの速度でT°Cまで上昇し、T°
Cで2時間保持した後、200°C/Hrの速度で冷却
して室温に戻す。ここで、T°Cは、図3の加熱温度で
ある。通常この加熱工程では常に一定雰囲気としている
が、この冷却中の300〜250°Cのときに所定濃度
の酸素ガスを導入するようにしてもよい。また、冷却中
の300〜250°Cの温度になったときに冷却を中断
し、その温度に所定時間(例えば1時間)保持した後、
再び冷却を開始するようにしてもよい。
【0032】図5は、本発明の抵抗率の測定説明図を示
す。これは、図3の抵抗率を測定するときの説明図であ
る。抵抗率は、マグネタイト粉を電極の間に入れ、両端
の当該電極に定電圧Vを印加したときに流れる電流Iを
測定し、下式から算出する。
【0033】 R=V/I[Ω・cm]・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・(1) ここで、抵抗は、単位面積の単位cm当たりの抵抗値で
ある。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ヘマタイト粉に炭素原子同士の単結合あるいは二重結合
を有する物質を混合し、焼成してマグネタイト粉を生成
した後、酸素雰囲気中で加熱処理を行って飽和磁化など
の特性を損なうことなく所定の電気抵抗率の値を持つ酸
化物磁性材料を製造する構成を採用しているため、飽和
磁化などの特性を損なうことなく、所望の電気抵抗率を
持つ酸化物磁性材料を簡易、安価、かつ多量に製造する
ことができる。特に、多量のヘマタイト粉を一度に焼成
工程5によって単相のマグネタイト粉にした後、酸素雰
囲気中で加熱工程7によって当該マグネタイト粉のごく
表面を酸化して任意の電気抵抗率を持つマグネタイト粉
(酸化物磁性材料)を簡単な工程、容易、かつ安価に製
造できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例構成図である。
【図2】本発明の焼成実験結果例である。
【図3】本発明の抵抗率の実験結果例である。
【図4】本発明の加熱・冷却曲線例である。
【図5】本発明の抵抗率の測定説明図である。
【符号の説明】
1:配合工程 2:混合工程 3:粉砕工程 4:造粒工程 5:焼成工程 6:解砕工程 7:加熱工程 8:解砕工程
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下川 明 東京都港区新橋5丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−184764(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01F 1/11

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ヘマタイト粉に−C−C−あるいは−C=
    C−を分子中に有する液体状物質あるいは粉末状物質を
    0.1〜4.0wt%混合し、不活性ガス中で1200
    〜1450°Cの焼成処理してマグネタイト粉を生成し
    た後、このマグネタイト粉を酸素濃度0.1〜21%中
    で250〜300°Cの加熱処理し、所定の値の電気抵
    抗率を持つ酸化物磁性材料を製造する酸化物磁性材料の
    製造方法。
  2. 【請求項2】上記焼成処理前に、造粒処理によってヘマ
    タイト粉を球状顆粒とし、上記酸化物磁性材料を球状と
    するようにしたことを特徴とする請求項1記載の酸化物
    磁性材料の製造方法。
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