JP3864374B2

JP3864374B2 - ポリアミド系プラスチック磁性材料、およびそれから作製された磁石

Info

Publication number: JP3864374B2
Application number: JP2001344928A
Authority: JP
Inventors: 宣弘笹沢; 良通坂間; 譲渡辺
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2021-11-09
Also published as: JP2003151810A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モーター等に使用されるプラスチック磁石を作製するためのプラスチック磁性材料に関する。特に、耐熱性に優れ、成形加工に際して優れた流動性を有し、またそれから作製した磁石が強度低下を伴わずに優秀な柔軟性を示し、磁石作製時の収縮による割れおよび熱衝撃による割れを起こさないポリアミド系プラスチック磁性材料、並びにそれから作製した磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁性粉末とポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂とからなる混練物を成形加工したプラスチック磁石は、寸法精度、軽量性、生産性等に優れているため、マグネットロール、モーター等のエレクトロニクス分野を始めとしてその用途は拡大しつつある。
【０００３】
近年、エレクトロニクス関連部品の小型化、高性能化が高まっており、プラスチック磁石が有する磁気特性の向上もまた強く要求されている。しかしながら、高度な磁気特性を達成するために磁性粉末を高充填化すると、プラスチック磁石材料の溶融粘度が上昇して流動性が低下し、その結果、成形加工性が悪化してしまう。また、異方性磁石粉を用いてプラスチック磁石を作製する際には、磁場中で成形を行って磁化容易軸を任意の方向に揃える必要があるが、磁石材料の流動性が悪化すると磁化容易軸を揃えることが困難になり、本来の磁石性能が得られなくなる弊害がある。
【０００４】
そのため、プラスチック磁石材料の流動性向上に対して様々な提案がなされている。例えば特開昭６２−２１１９０２号公報には、ナイロンと、磁性粉末と、アミノ基を有する有機金属化合物と、モノ脂肪酸アミドとを含有する複合磁石材料が開示されている。また特開平４−８３３０６号公報には、ポリアミド樹脂と、磁性粒子と、アミノ基を有するシランカップリング剤と、１２−ヒドロキシステアリン酸金属石鹸とを含有するポリアミド系プラスチック磁石用材料が開示され
ている。さらに特開昭５８−１５８９０３号公報には、ナイロンと、磁性粉末と、アミノ基を有する有機金属化合物と、ビスアミドとを混合してなる複合磁性材料が開示されている。
【０００５】
しかしながら、モノ脂肪酸アミドおよび１２−ヒドロキシステアリン酸金属石鹸を添加した磁性材料については、該添加剤の融解点がそれぞれ１００℃前後と比較的低いため、１２０℃〜１３０℃付近での耐熱性および耐熱衝撃性が要求されるエレクトロニクス関連部品への採用は難しい。また、次式
Ｒ₁−ＣＯＮＨ−Ｒ₂−ＮＨＣＯ−Ｒ₃
［式中、Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃は炭化水素基を表す。］で表され、比較的高い融点を有するビスアミドを添加した磁石材料についても、その流動性向上は満足のいくものではなかった。
【０００６】
さらにプラスチック磁性材料への磁性粉末の高充填化は、成形時の流動性の低下を導くと同時に、それから作製されるプラスチック磁石の強度の低下を引き起こす。プラスチック磁石の強度が低下すると、例えばインサート成形を行う際に、磁性粉末とプラスチック樹脂との膨張率の差により、成形−冷却時の収縮による成形割れ、熱衝撃による割れ等が発生し易くなる。該熱膨張率の差を緩和するために、プラスチック磁石は柔軟性を有しなければならないが、磁性粉末の高充填化によりこの柔軟性もまた失われる。
【０００７】
プラスチック磁石の強度および柔軟性の低下を防止する手段としては、アミド結合と共にポリエ−テル基を有するポリアミドエラストマーを用いること（特開昭６３−１２２１０６号公報）が提案されている。
しかしながら、ポリアミドエラストマーを添加して作製したプラスチック磁石は、柔軟性が付与されるものの、ポリアミドエラストマーはナイロン１２と比較して曲げ強度特性が劣るので、プラスチック磁石の強度は低下する。また、ポリアミドエラストマーの使用は、プラスチック磁性材料の流動性の著しい低下を招く。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明はモーター等に使用されるプラスチック磁石を作製するためのプラスチック磁性材料であって、耐熱性に優れ、成形加工に際して優れた流動性を有し、またそれから作製した磁石が強度低下を伴わず優秀な柔軟性を示し、磁石作製時の収縮による割れおよび熱衝撃による割れを起こさないプラスチック磁性材料、並びにそれから作製された磁石を提供することを技術的課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は第１観点として、（Ａ）磁性粉末、（Ｂ）ポリアミド樹脂、および（Ｃ）該ポリアミド樹脂に基づいて３〜３０ mass ％のヘキサメチレンビスオレイル尿素を混練して得られることを特徴とするポリアミド系プラスチック磁性材料に関する。
本発明は第２観点として、成分（Ａ）はストロンチウムフェライトからなる磁性粉末であることを特徴とする、第１観点に記載のポリアミド系プラスチック磁性材料に関する。
本発明は第３観点として、成分（Ａ）はバリウムフェライトからなる磁性粉末であることを特徴とする、第１観点に記載のポリアミド系プラスチック磁性材料に関する。
本発明は第４観点として、さらにカップリング剤を添加してなることを特徴とする、第１観点ないし第３観点のうちのいずれか一つに記載のポリアミド系プラスチック磁性材料に関する。
本発明は第５観点として、第１観点ないし第４観点のうちのいずれか一つに記載のポリアミド系プラスチック磁性材料を成形して得られることを特徴とするポリアミド系プラスチック磁石に関する。
本発明は第６観点として、前記成形はインサート成形によって行われることを特徴とする、第５観点に記載のポリアミド系プラスチック磁石に関する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のポリアミド系プラスチック磁性材料中の磁性粉末は、例えばストロンチウムフェライト、バリウムフェライト、鉛フェライト、ランタンコバルトフェライト等のフェライト系硬質磁性材料、希土類−コバルト系、希土類−鉄−ボロン系、希土類−鉄−Ｎ系等の金属系硬質磁性材料、マンガン−亜鉛系フェライト、ニッケル−亜鉛系フェライト等のフェライト系軟磁性材料、カルボニル鉄、センダスト、パ−マロイ等の金属系軟磁性材料の粉末である。特に、ストロンチウムフェライト粉末およびバリウムフェライト粉末が好ましい。
【００１１】
前記磁性粉末は通常、他成分との混和性を改良するため、シランカップリング剤、チタネ−トカップリング剤、ジルコアルミネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤等の表面処理剤で処理し、表面に親油性を付与して用いる。磁性粉末をポリアミド樹脂と共に用いる際に特に好ましいカップリング剤は、分子中にアミノ基を有するものである。
また、カップリング剤のほか、樹脂の酸化を防止するために、ヒンダードフェノール、ヒンダードアミン等の酸化防止剤を添加してもよい。
【００１２】
本発明のポリアミド系プラスチック磁性材料中のポリアミド樹脂は、ジアミンとジカルボン酸との重縮合、対応するラクタムの開環重合、アミノカルボン酸の重縮合から得られ、分子内に繰返し構造単位としてアミド結合を有する樹脂である。
ポリアミド樹脂は、分子構造中に脂肪族部分を多く含むナイロン樹脂と、アミド結合のほとんどが二つの芳香族環に直接結合しているアラミド樹脂とに大別され、ナイロン樹脂の例としては、ナイロン４、ナイロン６、ナイロン４６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６９、ナイロン６１２、ナイロン１２１２、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロンＭＸＤ６、ナイロン６Ｔ等が挙げられる。一方、アラミド樹脂は、アミド基がメタ位でベンゼン環に結合したメタ系アラミド、例えばポリメタフェニレンテレフタルアミドであっても、パラ位で結合したパラ系アラミド、例えばポリパラフェニレンテレフタルアミドであってもよい。
【００１３】
本発明のポリアミド系プラスチック磁性材料中のビス炭化水素型置換尿素は、次式
Ｒ₁−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ₃−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ₂
［式中、Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃は炭化水素基を表す。］で表される構造を有する。
該ビス炭化水素型置換尿素は、モノ脂肪酸アミド、１２−ヒドロキシステアリン酸金属石鹸等の従来の添加剤と比較して融解点が高く、十分な耐熱性を有する。従って、本発明のポリアミド系プラスチック磁性材料は、１２０℃〜１３０℃付近での耐熱性および耐熱撃性が要求されるエレクトロニクス関連用途に使用するプラスチック磁石を作製するために適している。
【００１４】
前記ビス炭化水素型置換尿素の主鎖Ｒ₁およびＲ₂の鎖長が短すぎると、十分な流動性を有するプラスッチク磁性材料が得られない。また一方、長すぎるとポリアミド樹脂との反応性が悪くなり作製したプラスチック磁石が柔軟性に乏しくなる。この観点から炭素原子数が１８のオレイル基が好ましい。またＲ₃として好ましい炭化水素基は、エチレン基、ヘキサメチレン基、トルイレン基、キシリレン基、ジフェニルメタン基である。特に好ましくはヘキサメチレン基である。
【００１５】
主鎖Ｒ₁およびＲ₂が不飽和炭化水素基を表して前記ビス炭化水素型置換尿素がビス不飽和炭化水素型置換尿素である場合、不飽和炭化水素基中の−Ｃ＝Ｃ−基が開裂して、ポリアミド樹脂の末端と反応し、ポリマーネットワークを形成する。そして該ポリマーネットワークの形成により、プラスチック磁石の柔軟性をさらに改良することができる。従って、Ｒ₁およびＲ₂が二重結合を一つ以上有する不飽和炭化水素基を有すことがさらに好ましい。
【００１６】
前記ビス炭化水素型置換尿素の例としては、メチレンビスステアリル尿素、エチレンビスステアリル尿素、キシリレンビスステアリル尿素、トルイレンビスステアリル尿素、ヘキサメチレンビスステアリル尿素、ジフェニルメタンビスステアリル尿素、ジフェニルメタンビスラウリル尿素、メチレンビスオレイル尿素、エチレンビスオレイル尿素、キシリレンビスオレイル尿素、トルイレンビスオレイル尿素、ヘキサメチレンビスオレイル尿素、ジフェニルメタンビスオレイル尿素、メチレンビスエルカイル尿素、エチレンビスエルカイル尿素、キシリレンビスエルカイル尿素、トルイレンビスエルカイル尿素、ヘキサメチレンビスエルカイル尿素、ジフェニルメタンビスエルカイル尿素が挙げられる。特に、ヘキサメチレンビスステアリル尿素およびヘキサメチレンビスオレイル尿素が好ましい。
【００１７】
前記ビス炭化水素型置換尿素のポリアミド系プラスチック磁性材料への添加量が、ポリアミド樹脂に基づいて３mass％未満であると、プラスチック磁性材料の流動性および作製したプラスチック磁石の柔軟性が十分でなくなる。一方、３０mass％を超えるとプラスチック磁石の強度が急激に低下するため好ましくない。従って、ビス炭化水素型置換尿素の添加量は、ポリアミド樹脂に基づいて３〜３０mass％が適切である。
【００１８】
本発明のポリアミド系プラスチック磁性材料は、所望により表面処理剤で処理した磁性粉末と、ポリアミド樹脂と、ビス炭化水素型置換尿素とを混練することによって得られる。
該混練は従来技術において既知であるあらゆる方法によって行われ得るが、特に二軸押出機等の押出機を用いて有利に行われる。
また該混練では、上記の三成分を同時に混練しても、ポリアミド樹脂と添加剤とを予め混練しておき、それに磁性粉末を混合してもよい。
【００１９】
本発明のポリアミド系プラスチック磁性材料は、直径約２ｍｍおよび長さ約２ｍｍのペレットからなる粒状物とすることが好ましい。
【００２０】
本発明のポリアミド系プラスチック磁性材料は、従来技術において既知であるあらゆる方法において、プラスチック磁石へと成形される。該成形をインサート成形によって行うことは特に有利であり、寸法精度が良好なプラスチック磁石を高生産性かつ低コストで作製することができる。
【００２１】
【実施例】
以下の例で本発明をより詳細に説明するが、これらの例は本発明をある特定の態様に制限することを意図しない。
【００２２】
実施例１〜６
平均粒径１．３μｍのストロンチウムフェライト粉末に、ヘンシェルミキサーで攪拌しながらシランカップリング剤を添加し、その後混合−乾燥して磁性粉末を得た。該磁性粉末に、ナイロン１２および添加剤としてのヘキサメチレンビスステアリル尿素またはヘキサメチレンビスオレイル尿素を加えてさらに混合した。得られた混合物を二軸押出機で混練した後、切断−冷却し、ペレット状の粒状物としてポリアミド系プラスチック磁性材料を得た。
上記の手順に従い、磁性粉末とナイロン１２とのmass比、並びに添加剤の種類および添加量を表１に示すように変更して、実施例１〜６のポリアミド系プラスチック磁性材料を得た。
【００２３】
比較例１〜３
添加剤として、ヘキサメチレンビスステアリル尿素またはヘキサメチレンビスオレイル尿素の代わりに、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミドおよびポリアミドエラストマーを加えた以外は実施例１〜６と同様にして、比較例１〜３のポリアミド系プラスチック磁性材料を得た。
各磁性材料中の磁性粉末とナイロン１２とのmass比、並びに添加剤の種類および添加量は、表１に示す通りである。
【００２４】
評価試験１
実施例１〜６および比較例１〜３のポリアミド系プラスチック磁性材料のそれぞれを、流動性および磁気特性について評価した。
流動性の評価は、フローテスター（（株）島津製作所製）を用い、２４０℃〜２７０℃、荷重９８Ｎの条件下で、シリンダーが３ｍｍから７ｍｍまで降下する時間を測定することによって行った。
磁気特性の評価は、各ポリアミド系プラスチック磁性材料から射出成形により長さ８０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ４ｍｍの板状のプラスチック磁石を作製して評価用サンプルとし、Ｂ−Ｈカーブトレーサー（理研電子（株）製）を使用して行った。
試験結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１に示すように、磁性粉末とナイロン１２のmass比が同一でかつ添加剤の添加量が等しい実施例１および２と比較例１および２とを比較すると、ビス炭化水素型置換尿素を添加剤として用いた本発明のプラスチック磁性材料の方が格段に優れた流動性を示した。また、実施例３および４のように添加剤の量を比較例１および２の半分としても十分な流動性が得られた。さらに、実施例５および６のように磁性粉末の充填量を９１mass％と高くしても、プラスチック磁性材料の流動性は十分に高かった。ポリアミドエラストマーを添加した比較例３のプラスチック磁性材料は、流動性が悪い結果となった。
【００２７】
評価試験２
実施例１〜６および比較例１〜３のポリアミド系プラスチック磁性材料から、図１に図示するようなインサート成形品を各々１０個づつ作製した。該インサート成形品は、直径６ｍｍおよび長さ３０ｍｍの鉄製の芯材１を、内側に１．５ｍｍのアルミニウム層２を備え、そしてアルミニウム層２の外側に隣接して２ｍｍのプラスチック磁石層３を備えた外径１３ｍｍおよび内径６ｍｍのド−ナツ状の成形品に挿入した構造を有する。
このインサート成形品に対して、−４０℃での１時間保持と、続く１３０℃での１時間保持とを繰り返すことからなる熱衝撃試験を行った。
試験結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】

【００２９】
表２に示す熱衝撃試験の結果から、本発明で用いるビス炭化水素型置換尿素の中でも、その分子中の主鎖Ｒ₁およびＲ₂が二重結合を有する炭化水素基であるヘキサメチレンビスオレイル尿素の方が、二重結合を有さない炭化水素基であるヘキサメチレンビスステアリル尿素よりも熱衝撃に強いことがわかった。即ち、ビス飽和炭化水素型置換尿素よりもビス不飽和炭化水素型置換尿素の方が割れに強い結果となった。比較例３のポリアミドエラストマーにあっては、柔軟性は改良されるが流動性に難があり、本評価試験のような過酷な熱衝撃では劣化が激しかった。
【００３０】
本発明のポリアミド系プラスチック磁性材料から作製したプラスチック磁石について、ＴＧ−ＤＴＡ、ＦＴ−ＩＲ等の解析を行ったところ、ビス不飽和炭化水素型置換尿素中の−Ｃ＝Ｃ−基が開裂して、ポリアミド樹脂の末端と反応していることが確認された。従ってビス不飽和炭化水素型置換尿素の添加は、全てのポリアミド系プラスチック磁性材料の改良に応用され得るであろう。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のポリアミド系プラスチック磁性材料は流動性に富み、成形性に優れている。従って、本発明のポリアミド系プラスチック磁性材料を用いて、高充填の異方性複合磁石を作製し得ると考えられる。また本発明のポリアミド系プラスチック磁性材料から作製したプラスチック磁石は、高い強度および良好な柔軟性を有し、さらに作製時の収縮による割れ、熱衝撃による割れ等を起こさない。そのため、本発明のポリアミド系プラスチック磁性材料は、モーター等に使用されるインサート成形用磁性材料として有用である。さらに本発明のポリアミド系プラスチック磁性材料は十分な耐熱性を有するため、エレクトロニクス関連用途のような高温条件下で使用されるプラスチック磁石の作製に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は実施例２において作製したインサート成形品を図示する上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１鉄芯
２アルミニウム層
３プラスチック磁石層

Claims

（Ａ）磁性粉末、（Ｂ）ポリアミド樹脂、および（Ｃ）該ポリアミド樹脂に基づいて３〜３０ mass ％のヘキサメチレンビスオレイル尿素を混練して得られることを特徴とするポリアミド系プラスチック磁性材料。
前記成分（Ａ）はストロンチウムフェライトからなる磁性粉末であることを特徴とする、請求項１記載のポリアミド系プラスチック磁性材料。
前記成分（Ａ）はバリウムフェライトからなる磁性粉末であることを特徴とする、請求項１記載のポリアミド系プラスチック磁性材料。
さらにカップリング剤を添加してなることを特徴とする、請求項１ないし３のうちのいずれか一項に記載のポリアミド系プラスチック磁性材料。
請求項１ないし４のうちのいずれか一項に記載のポリアミド系プラスチック磁性材料を成形して得られることを特徴とするポリアミド系プラスチック磁石。
前記成形はインサート成形によって行われることを特徴とする、請求項５記載のポリアミド系プラスチック磁石。