JP3948216B2

JP3948216B2 - ボンド磁石用組成物及びそれより得られるボンド磁石

Info

Publication number: JP3948216B2
Application number: JP2001066730A
Authority: JP
Inventors: 忠雄林
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2021-03-09
Also published as: JP2002270447A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は磁気異方性を有する磁石粉末とバインダーからなるボンド磁石組成物と、それを磁場中で成形することによって得られる可撓性を有するボンド磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
異方性の磁石粉末を用いたゴム磁石を成形するとき、加熱してバインダーを流動状態にして成形を行い、成形時もしくは成形後に外部磁場を与えて磁性粉末の配向を行うことで残留磁束密度の高いゴム磁石を得ることができる。このとき磁石粉末はバインダと磁石粉末からなる組成物の流動性が高い状態で磁場成形を行うことが先ず必要とされる。ところが、それが可能であったとしても理論的に期待される程の残留磁束密度が達成され得ないことがあった。
【０００３】
ゴム磁石は一般的に押し出し成形で製造されることが多く、通常の押し出し成形では磁性粉末の配向と有機バインダ内での固着が連続的に成される。そのため、使用される有機バインダは成形温度領域での流動性が温度に対して大きく変化しないことが好ましい。しかしながらそのようなバインダを使用した場合には、外部磁場によって磁石粉末が一旦は完全に配向しても、全ての磁石粉末をバインダ内に十分配向状態のまま固定する事は困難であり、一部の磁石粉末は外部磁場を取り除いた後に磁性粉末同士の磁化によって反発し、配向の乱れを生じる。また、この配向の乱れは磁石粉末の磁化が高いほど生じやすい。そのため、高い磁化を有する異方性磁石粉末の高い配向度のゴム磁石を得ることは容易ではなく、磁石粉末の充填量に対して十分な磁気特性のゴム磁石が得られていないのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来のゴム磁石の問題点を解決し、配向度が高くより優れた磁気特性を有するゴム磁石を提供する事を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ゴム磁石の配向度について鋭意検討を行った結果、その配向度の低下は、磁場成形中に配向が成された磁石粉末が外部磁場を取り除いた後に磁石粉末同士の磁化によって反発することで主として起こることを見出した。そこで、配向度の低下を防ぐには使用するバインダーは明確な融点を有し、融点付近の温度域で粘度の温度依存性が大きく変化するようなバインダーを用いることが必要であるとの知見を得た。
すなわち、ゴム磁石等可撓性のあるボンド磁石に用いられるバインダーは、磁場配向を行うような温度域では高い流動性を有し、成形時の多少の温度変化に対しては流動性が大きく変化せず、さらには磁場配向後の温度低下時に磁石粉末を速やかに固着することができるような粘度特性が必要とされ、それにより磁石粉末の配向が良好に実施できることを見出し本発明を完成した。
【０００６】
すなわち、本発明のボンド磁石用組成物は、請求項１に記載するように、磁気異方性磁性粉末と可撓性を有するバインダーからなるボンド磁石用組成物において、該バインダーを撹拌混練機に充填して回転させたときの所要トルク（混練トルク）対温度の特性曲線における２次導関数が最大となる温度Ｔcより高温側と低温側の該曲線の傾きをそれぞれａ_ｈ、及びａ_ｌとし、α＝ａ_ｌ／ａ_ｈとしたときα≧１０となるαを具備する表面硬度Ｄが３１のＰＢＴエラストマーであることを特徴とするボンド磁石用組成物。但し、ａ_ｈはＴ_ｃより３０℃高温における、ａ_ｌはＴ_ｃより２０℃低温における、該特性曲線の接線の傾きである。
【０００７】
そして、本発明は以下の条件を満たすことが更に好ましい。
請求項２に記載するように、磁気異方性磁性粉末は、残留磁束密度が６ｋＧ以上であること。請求項３に記載するように、磁気異方性磁性粉末は、平均粒子径が１０μｍ以下であること。請求項４に記載するように、前記ボンド磁石組成物に占める前記磁気異方性磁性粉末の量は３０体積％以上であること。請求項５に記載するように、前記磁気異方性磁性粉末は、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系の合金粉末であること。請求項６に記載するように、請求項１乃至５に記載のボンド磁石組成物を成形して得るボンド磁石であること。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明を図１を参照して説明する。図１の曲線Ａ、Ｂは典型的バインダーの混練トルク対温度特性曲線を示している。何れの曲線ともバインダーの温度が上昇するにつれて粘度は低下しているが、曲線Ａは低温域から高温域までなだらかに粘度が低下しているのに対し、曲線Ｂは低温域においては急激に粘度の低下が起こり、高温域では粘度はなだらかに低下する。定性的には、本発明に採用するバインダーは曲線Ｂの型である。すなわち、高温域で低粘度であることにより流動性が高く磁場成形中での配向が容易であり、外部磁場を取り除いた後のバインダーの温度低下時に速やかに粘度が上昇して、配向の乱れを起こさないようなバインダーの選択である。
【０００９】
すなわち、明確な粘度の変化点（融点）を有し、この変化点よりも高温域における曲線の傾きは小さく、逆に変化点よりも低温域における曲線の傾きは大きく、前者に対する後者の比の値は大きいことが必要条件となる。
【００１０】
さらに、定量的な表現をすれば、本発明に使用すべきバインダーは、粘度対温度特性曲線の２次導関数が最大となる温度Ｔ_ｃより高温側と低温側の該曲線の傾きをそれぞれａ_ｈ、及びａ_ｌとしたとき、α≡ａ_ｌ／ａ_ｈ ≧１０となるようなバインダーを選択する。２次導関数が最大となる温度とは、曲線が最大に折れ曲がる点における温度に相当する。
【００１１】
従って、Ｔ_ｃの定義は上述したとおりであるが、簡便には作図法により近似的に求めることが可能である。曲線Ｂの高温域における接線と、曲線Ｂの低温域における接線を作図により求め、その交点をＴ_ｃとしても大きな差はない。そして図１に示すようにＴ_ｃよりも３０℃高温である曲線における接線を作図法にて求め、傾きａ_ｈを求め、Ｔ_ｃよりも２０℃低温である曲線における接線を作図し傾きａ_ｌを求め、α＝ａ_ｌ／ａ_ｈを算出する。このようにして求めた値が１０以上であることが本発明に適用できるバインダーの条件である。
【００１２】
ここで測定されるバインダーの混練トルクは、バインダーを撹拌混練機に充填して回転させたときの所要トルクを意味するが、基本的には粘度が大きい塑性物質の粘度（粘性率）測定に用いられるプラストメータであって回転体の受ける粘性抵抗の測定装置を用いる。
【００１３】
次に、各種バインダーについて、回転トルクの温度依存性を上述した方法を用いαの値を測定した結果を表１にまとめる。ここで回転トルクの測定にはブラベンダー社製プラストグラフを使用した。
表１に列挙したバインダー（１１．８重量％）と、ＳｍＦｅＮ系磁石粉末（８８．０重量％）、及び滑剤（０．２重量％）を混合してペレット化したものを外部磁場１０ｋＯｅを３０秒印加して射出成形行い、１０φ×７ｔの円柱状成形体を得た。得られたボンド磁石の残留磁化の大きさを表１にまとめる。
【００１４】
【表１】

【００１５】
残留磁化の大きさとαの関係を図２にプロットした。α値の増加と共に残留磁束密度は増加し、１０を超えるとほぼ一定した値を示している。同じ磁石粉末を使用してできるボンド磁石の残留磁束密度にこれほどの差があるのは、ボンド磁石の磁石粉末の配向度が異なるためであると考えられる。ここでいう配向度とは磁石成形体に含まれる異方性磁石粉末の配向の度合いを示し、
試料の残留磁束密度：Ｂｒ_ｓ
完全に配向した試料の残留磁束密度：Ｂｒ_１００
無配向試料の残留磁束密度：Ｂｒ_０
を測定して次式により配向度を算出する。この時磁石粉末の配向状態の確認はＸ線回折装置を用いた。図４に完全に配向した試料のＸ線回折図を示す。図４より（００３）面および（００６）面のピークがはっきりと認められる。逆にそれ以外のピークはほとんど見られず磁化容易軸であるＣ軸がきれいにそろった状態に配向されている。
【００１６】
配向度＝（Ｂｒ_ｓ−Ｂｒ_０）／（Ｂｒ_１００−Ｂｒ_０）
【００１７】
配向度は、配向の乱れによる磁気特性の低下に関係し、数字が小さいほど配向が不完全である。配向度を算出方法するにはまず基準試料として粉末の充填量および形状が同じで完全に配向している成形体、および磁場を与えずに成形した無配向の成形体を作製した。粉末の配向状態の確認はＸ線回折装置で比較する事によって行いほぼ完全に配向している成形体が得られていることを確認した。
【００１８】
図３に、試料Ｎｏ１とＮｏ６の組成のボンド磁石成形品の外部磁場の印加時間と配向度の関係をプロットした。Ｎｏ６の試料は、外部磁場印可時間が１０秒で配向度はほぼ９５％に達しており、この時のＢｒは６６００Ｇであった。これに対し、Ｎｏ１の試料は、外部磁場印可時間が３０秒でも配向度は十分ではなく、磁場印可時間３０秒で得られたボンド磁石のＢｒは５６８０Ｇであり、これは磁石粉末の充填率から考えて不十分である。また、磁場印可経過時間に対する配向度の変化も緩やかであり、従って磁場印可時間を延長しても急激な配向度の増加は見込めない。
【００１９】
図３中のＮｏ１’は、試料Ｎｏ１と同じボンド磁石組成について磁場配向時の外部磁場の強度を２倍の２０ｋＯｅに増加してより配向しやすい条件で成形を行ったものである。図３から明らかなように印可する外部磁場の強度を２倍にしても配向度に大きな変化は無く、配向時の外部磁場の強度増加の効果は確認されず、配向度が改善されない原因は配向時の外部磁場が不十分というよりも、外部磁化によって一旦は配向が行われても外部磁場を取り除くと磁石粉末同士が互いの磁化によって反発することにより配向が乱れるためと断定できる。
【００２０】
磁性粉末の残留磁化の強度がボンド磁石の配向度に及ぼす影響について調べる。バインダーとしてα値が２．７１であるニトリルゴムと、α値が１２．６２であるポリウレタン系エラストマーについて、残留磁化の異なるＳｍＦｅＮ系磁石粉末を用いて以下のようにしてボンド磁石を作製した。
【００２１】
上記２水準のバインダー（１１．８重量％）と、ＳｍＦｅＮ系磁石粉末（８８．０重量％）、及び滑剤（０．２重量％）を混合してペレット化したものを外部磁場１０ｋＯｅを３０秒印加して射出成形行い、１０φ×７ｔの円柱状成形体を作製し、ボンド磁石の残留磁束密度の大きさを測定し、前述の式を用いて配向度を算出した。結果を図５にまとめる。
【００２２】
図５より、αの値が１２．６２のバインダーでは磁性粉末の残留磁化の影響はなく、配向度はほぼ１００％を達成できるが、αの値が２．７１であるバインダーを使用した場合、磁性粉末の残留磁化が６ｋＧを以上あたりから配向度の低下が見られる。すなわち、残留磁束密度が６ｋＧ未満の場合、磁石粉末同士の反発力が小さく、外部磁場を取り去った後の配向の乱れが生じ難いため本発明の効果が十分には現れない。従って、本発明の作用効果が好ましく発揮されるのは原料の磁石粉末の残留磁束密度は６ｋＧ以上の場合である。
【００２３】
また、本発明の作用効果は磁石粉末の平均粒子径に影響される。配向度の低下は、外部磁化によって一旦は配向が行われた磁石粉末同士が外部磁場を取り除くことで互いの磁化によって反発し配向が乱れることに起因するが、１０μｍを超える粒子では立体障害が大きいため、外部磁場を取り除いた後も配向度の低下は比較的起こりにくいためである。従って、本発明の作用効果が好ましく発揮されるのは原料の磁石粉末の粒子径が１０μｍ以下の場合である。
【００２４】
さらに、磁石粉末の粒子形状は、球形に近づくほど立体障害は小さくなり、その結果、配向時の外部磁場を取り除いた後に容易に配向が乱れる。従って、このような場合使用するバインダーの特性は、配向度にセンシティブとなり、本発明の作用効果は増大する。
【００２５】
上述したような残留磁化が強いこと、小粒子系の磁石粉末が簡単に得られることから、本発明に適用する磁石粉末としてＳｍＦｅＮ系の磁石粉末が好ましく使用され、特に、粒子形が球形に近いようなＳｍＦｅＮ系磁石粉末を使用したボンド磁石において本発明の作用効果は増大する。
【００２６】
さらに、本発明はボンド磁石組成物に占める磁性粉末の量に影響される。前述したとおり、配向度の低下は外部磁場によって一旦は配向された磁石粉末同士が、外部磁場を取り除くことで互いの磁化によって反発し配向が乱れることに起因するが、磁石粉末の充填量が３０体積％以下の場合磁石粉末同士の反発力が小さく、外部磁場の除去後の配向度の低下は比較的起こしにくいためである。従って、本発明は、ボンド磁石組成物に占める磁石粉末の量は３０体積％以上であるような磁石粉末の含有量を上げて残留磁束密度を最大限高めることを目的とする磁石において作用効果が顕著となる。
【００２７】
【実施例】
［実施例１］
以下の磁石粉末（８８ｗｔ％）、有機バインダ（１１．８ｗｔ％）、滑剤（０．２ｗｔ％）をミキサーで混合を行った後、２軸押し出し機にて混練を行った。押し出されたボンド磁石用組成物を冷却後、ストランドカッターにて切断しペレットとした。
・磁石粉末：ＳｍＦｅＮ磁石粉末（平均粒子径：3.0μm、Ｂｒ１３ｋＧ）
・有機バインダ：ＰＢＴエラストマー（α＝４０．８６）
・滑剤：ステアリン酸亜鉛
【００２８】
ここで、αの値は混練トルクを次の条件下で各温度に対して測定して上述した方法により決定した。
試験装置：ブラベンダー社製プラストグラフ
ミキサー：Ｗ５０型（内容積７５ｃｍ^３）
スクリュー：カム型
回転速度：３０回転／ｍｉｎ
試験試料容積：４０ｃｍ^３
【００２９】
上記ペレットを磁場中射出成形機にて外部磁場１０ｋＯｅで１５秒磁場中射出成形を行い、１０φ×７ｔの円柱状成形体を得た。
【００３０】
得られた磁石成形体は、理研電子社製ＢＨカーブトレーサＢＨＵ−６０２０を用いて測定したところ、残留磁束密度は７ｋＧであり、上記した計算により配向度は１００％であった。
【００３１】
［比較例１］
バインダをニトリルゴム（α＝２．７１）とした以外は実施例１と同様の方法でペレットを調製し、同様に磁石成形体を作製した。得られた磁石成形体の残留磁束密度は５６８０ｋＧで、配向度は８８％であった。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明に従えば、一旦外部磁場により配向した磁石粉末は、磁場を取り除いた後も磁性粉末同士の磁化による反発による配向の乱れがないため配向度は高く、しかも、従来のフェライトでは達成できないような高い残留磁束密度を有するゴム磁石を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バインダーの粘度と温度の関係を示す特性図
【図２】残留磁束密度とαの関係を示す特性図
【図３】ボンド磁石の配向度と磁場成形後の冷却時間の関係を示す特性図
【図４】完全配向したボンド磁石のＸ線回折図
【図５】ボンド磁石の配向度とそれに用いる磁石粉末のＢｒの関係を示す特性図

Claims

磁気異方性磁性粉末と可撓性を有するバインダーからなるボンド磁石用組成物において、
該バインダーは撹拌混練機に充填して回転させたときの所要トルク（混練トルク）対温度特性曲線における２次導関数が最大となる温度Ｔｃより高温側と低温側の該曲線の傾きをそれぞれａ_ｈ、及びａ_１とし、α＝ａ_１／ａ_ｈとしたときα≧１０となるαを具備する表面硬度Ｄが３１のＰＢＴエラストマーであることを特徴とするボンド磁石用組成物。
但し、ａ_ｈはＴ_ｃより３０℃高温における、ａ_ｌはＴ_ｃより２０℃低温における、該特性曲線の接線の傾きである。
前記磁気異方性磁性粉末は、残留磁束密度が６ｋＧ以上であることを特徴とする請求項１に記載のボンド磁石用組成物。
前記磁気異方性磁性粉末は、平均粒子径が１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至２に記載のボンド磁石用組成物。
前記ボンド磁石組成物に占める前記磁気異方性磁性粉末の量は３０体積％以上である特徴とする請求項１乃至３に記載のボンド磁石用組成物。
前記磁気異方性磁性粉末は、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系の合金粉末であることを特徴とする請求項１乃至４に記載のボンド磁石用組成物。
請求項１乃至５に記載のボンド磁石用組成物を成形して得るボンド磁石。