JP4154685B2

JP4154685B2 - 樹脂磁石

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Publication number: JP4154685B2
Application number: JP2001163790A
Authority: JP
Inventors: 高弘冨本; 林　　正樹; 宗生山本
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: JP2002356614A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強磁性体粉末材料と合成樹脂から形成された樹脂磁石に関し、とくに電子機器、電気機器に使用される樹脂磁石に関し、高温度で使用されたり、あるいはフロー半田工程、あるいはリフロー半田工程においても適用可能な樹脂磁石に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
強磁性体粉末材料を用いた磁石には、強磁性体粉末材料を焼結したものと、強磁性体粉末材料を合成樹脂によって結合した樹脂磁石が知られている。
強磁性粉末材料を焼結した磁石にあっては、小型あるいは複雑な形状に対応することが困難であるという問題がある。そこで、電子機器、電気機器類に装着する小型、あるいは複雑な形状を要求される磁石においては、強磁性粉末材料を合成樹脂で結合した樹脂磁石が用いられている。
【０００３】
樹脂磁石を装着した小型モータが、自動車のエンジンルームのように、低温度から高温度までの環境で用いられる場合には、樹脂磁石には大きな耐熱性と高温度での良好な磁気特性を有することが要求される。また、小型モータ、小型スピーカ、小型発音体等に用いられる場合には、これらの組立工程において、フロー半田、リフロー半田等による２６０℃以上の高温処理工程に曝されることがあり、通常の使用状態以上の高温度においても充分な耐熱性を有する安定した樹脂磁石が求められている。
こうした問題に対処するために、ＰＰＳ樹脂のような耐熱性樹脂を使用した樹脂磁石が提案されているが、ＰＰＳ樹脂が高融点、高粘度のため磁性粉末材料の高充填が困難であるばかりでなく、強度が低いので、複雑形状の樹脂磁石の場合には、残留応力、外部応力により割れ、あるいは欠けが生じやすいという問題点があった。
【０００４】
そこで、主鎖にベンゼン環を含むポリアミド樹脂と融点２７０℃結晶化度３５％以下の脂肪族ポリアミド樹脂とを基本成分とする樹脂磁石が、特開平９−１９０９１４号公報において提案されている。結合剤用の合成樹脂としてこのようなポリアミド樹脂を用いることで、耐熱性と精密加工性、高い磁気性能はある程度満足のいく樹脂磁石が得られている。
しかしながら、ポリアミド樹脂は、親水性基からなるアミド結合を有しているために、吸水性、吸湿性が大きいという問題点がある。
【０００５】
例えば、ポリアミド樹脂を含有した樹脂磁石を使用した機器類を湿度の高い環境に放置したり、あるいは湿度の高い環境で使用した場合には、ポリアミド樹脂が変性したり、あるいはポリアミド樹脂に吸湿された水分が強磁性粉末材料の化学的な劣化をもたらすという問題点もあった。
さらには、吸湿した樹脂磁石がリフロー半田工程のような高温雰囲気に曝されると樹脂磁石にブリスターが生じて機器への装着が不可能となったり、樹脂磁石の特性が劣化すると言う問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、射出成形等の成形方法によって複雑な形状に成形可能であると共に、リフロー半田等の高温処理工程において装着することが可能であり、しかも吸水性が小さく、高湿環境においても長期安定性を有し、保磁力等の磁気特性の面でも優れた強磁性粉末材料を使用することができる磁気特性に優れた樹脂磁石を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、強磁性粉末材料と合成樹脂とからなる樹脂磁石において、合成樹脂が芳香族ポリアミド９Ｔとポリフェニレンエーテルをポリスチレンで変性させた変性ポリフェニレンエーテル樹脂とを混合したものであり、前記芳香族ポリアミド９Ｔと変性ポリフェニレンエーテル樹脂の重量比率が、８０：２０ないし６０：４０である樹脂磁石である。
また、強磁性粉末材料として、ＳｍＦｅＮ系、ＮｄＦｅＢ系、ＳｍＣｏ系、フェライト系の磁性体粉末材料から選ばれる少なくとも一種を５０〜９２質量％含む前記の樹脂磁石である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、樹脂磁石において強磁性粉末材料を結合する合成樹脂として、耐熱性が良好な芳香族ポリアミド樹脂とともに、吸水性が小さく射出成形性にも優れた変性ポリフェニレンエーテル樹脂を混合したものである。その結果、耐熱性が良好な複雑な形状の樹脂磁石の成形が可能であり、また芳香族ポリアミド樹脂とナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド樹脂を用いた場合に比べて吸水性が小さいために、リフロー半田処理工程においてもブリスターの発生等の現象を生じることがなく、長期安定性も良好であり、更に磁気特性にも優れた樹脂磁石を提供するものである。
【０００９】
芳香族ポリアミドとしては、融点２７０℃以上、吸水率１％未満の芳香族ポリアミドが好ましい。具体的には、テレフタル酸と炭素数９個の脂肪族ジアミンを重合した芳香族ポリアミドである、ポリアミド９Ｔが好ましい。
なお、本発明において吸水率は、ＡＳＴＭ−Ｄ５７０に準拠した測定によるものであり、合成樹脂中の水分の量を重量％で表したものである。
【００１０】
また、変性ポリフェニレンエーテル樹脂は、ポリフェニレンエーテルをポリスチレン、ポリプロピレンを始めとしたポリオレフィン類等の各種の樹脂で変性したものであるが、本発明に使用するものは、極性基を含まないポリスチレン樹脂等が吸水性が小さいために好ましい。
【００１１】
芳香族ポリアミドが、吸水率１％以上の場合には、吸水によって樹脂が変化をし、寸法精度の狂い、強度の低下等が発生するばかりでなく、強磁性粉末材料の腐食等の劣化現象が生じ、長期耐久性に問題があり、また、リフロー半田等のように高温度に曝された場合には、ブリスターの発生等の問題が起きるので、吸水率は１％未満であることが好ましい。
【００１２】
芳香族ポリアミド樹脂と変性ポリフェニレンエーテル樹脂との混合割合は、耐熱性に影響を及ぼすので、芳香族ポリアミド樹脂と変性ポリフェニレンエーテル樹脂との重量比率は９０：１０ないし５０：５０とすることが好ましく、８０：２０ないし６０：４０とすることが好ましく、７５：２５ないし６５：３５とすることが好ましい。
特に好ましい混合比は、７０：３０であり、この条件ではとくに不可逆減磁特性が良好な樹脂磁石を得ることができる。
【００１３】
一方、重量配合比が９０：１０よりも芳香族ポリアミド樹脂の配合比が大きくなると、溶融粘度が高くなり成形が困難となる。一方、５０：５０よりも変性ポリフェニレンエーテル樹脂の配合比が大きくなると成形は可能であるが、耐熱性が低下し、不可逆減磁率も大きくなる。
本発明の結合剤用の合成樹脂の混合は、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー等による混合、二軸混練機を使った混合のいずれによって混合することができる。
【００１４】
本発明の樹脂磁石に使用可能な強磁性粉末材料としては、ＳｍＦｅＮ系、ＮｄＦｅＢ系、ＳｍＣｏ系、フェライト系の磁石の少なくとも１種を挙げることができる。樹脂磁石中において５０〜９２質量％含むことが好ましく、８５〜９２質量％とすることがより好ましい。また、これらの希土類系の磁石においては、要求される磁石の強度に応じて各種の組成比の磁石を用いることができる。
また強磁性粉末材料は、合成樹脂と混合する前に予め表面処理を行って、耐酸化性、耐水性を高めたり、あるいは合成樹脂との濡れ性を改善しても良い。
とくに、鉄系合金を主体とする表面が酸化されやすい強磁性粉末材料においてはこれらの処理は極めて重要である。表面処理は、薬剤を用いて湿式あるいは乾式による処理、あるいはめっき、蒸着等の処理が挙げられる。
【００１５】
表面の化成処理としては、リン酸系、リン酸塩系、次亜リン酸系、次亜リン酸塩系、ピロリン酸、ポリリン酸系等の無機リン酸、有機リン酸等の表面処理剤による表面処理、あるいはそれらにアルカリ土類金属、遷移金属を添加した処理剤による表面処理が挙げられる。
また、酸素含有雰囲気で、強磁性粉末材料を加熱して表面を酸化させ、粒子表面に不動態膜を形成させる酸化処理、あるいはシリカ、アルミナ、チタニア等の微粒子を吸着させた後に、強磁性粉末材料の表面にこれらの膜を形成しても良い。また、ケイ素、アルミニウム、チタン等の有機金属を用いてゾルゲル法によって被膜を形成しても良い。
【００１６】
また、アミノ系、メタクリル系、ビニル系、エポキシ系のシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、フッ素系カップリング剤を用いたカップリング剤処理、メタクリル樹脂等の有機保護膜を形成させても良い。また、真空蒸着、無電解めっき、電気めっきによって亜鉛、ニッケル等の金属保護膜を形成させる方法も適用可能である。
これらの表面処理が不十分であると高温で酸化して劣化する原因となる。
【００１７】
本発明に使用する合成樹脂成分には、耐熱安定性を改善する目的で酸化防止剤を添加することができる。具体的には、トリエチレングリコール−ビス−［３−（３−ｔ−ブチル−５−メチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］等が挙げられる。
また、混練、射出成形性を改善するために滑剤を使用しても良い。具体的には、滑剤としては、パラフィンワックス、ポリエチレンワックス等のワックス類、ステアリン酸等の脂肪酸類およびその塩、金属石鹸、脂肪酸アミド、尿素化合物、脂肪酸エステル、ポリエーテル、シリコーンオイル、シリコーングリース等のポリシロキサン類、フッ素系オイル、フッ素系グリース、フッ素樹脂粉末等を挙げることができる。
さらにこれらにこれらに加えて、可塑剤、難燃剤、耐電防止剤等を添加してもも良い。
【００１８】
【実施例】
以下に、実施例、比較例を示し本発明を説明する。
実施例１
（強磁性粉末材料の調製）
平均粒径３．０μｍ、保磁力１．３７×１０⁶ Ａ／ｍ（１７．２ｋＯｅ）の異方性ＳｍＦｅＮ系強磁性粉末（日亜化学工業製Ｓｍ：Ｆｅ：Ｎ＝２：１７：３）の１００重量部にアミノ系シランカップリング剤の１重量部で表面処理を行った。
（樹脂磁石の調製）
表面処理を行った強磁性粉末材料９０質量％、表１において試料１と記載の組成の樹脂混合物１０質量％をヘンシェルミキサーで均一に混合して混合物を形成した。
混合物を２軸連続押出機を用い、加熱温度３２０℃で混練し、ストランドカッターで樹脂磁石材料であるペレットを作製した。ペレットは射出成形機を用いて、加熱温度３３０℃で磁場中で配向した状態で射出成形して、直径１０ｍｍ厚さ７ｍｍの樹脂磁石の成形体を作製した。
【００１９】
（磁気特性の評価：最大エネルギー積ＢＨ_max）
作製した円柱状の樹脂磁石を４．８×１０⁶ Ａ／ｍ（６０ｋＯｅ）で着磁し、ＢＨカーブトレーサー（理研電子製ＢＨＵ−６０２０）で磁気特性を測定し、最大エネルギー積ＢＨ_maxを求めた。測定結果を表２に示す。
（耐熱特性の評価：減磁率１）
大気中２７０℃において１時間曝し、その後２５℃で３時間冷却後、高温度に曝す前とのフラックスの不可逆減磁率を測定し、減磁率１として表２に示す。
（吸水率の評価）
強磁性粉末材料を含まない樹脂組成物について吸水率を、ＡＳＴＭ−Ｄ５７０に準じて測定し表１に示す。
（重量変化率）
重量変化率は樹脂磁石を８５℃温水中５００時間浸漬し、その後２５℃で３時間冷却後の重量変化を測定し表２に示す。
（ブリスター特性）
上記の方法によって得られたペレットを用いて３０ｍｍ×１００ｍｍ×１ｍｍの板状の試験片を射出成形し、２０℃の水中で２４時間浸漬した後、試験片を２７０℃の大気中において１時間曝露し、試験片を目視で観察した際にブリスターが生じていないものを「良好」とし、ブリスターが１個でも生じたものは「不良」とした。
（耐吸水特性の評価：減磁率２）
８５℃の温水中に５００時間浸漬し、その後２５℃において３時間冷却後、浸漬前に対するフラックスの不可逆減磁率を測定し、減磁率２として表２に示す。
【００２０】
実施例２ないし実施例５
芳香族ポリアミドと変性ポリフェニレンエーテル樹脂との配合比を表１に記載の試料２ないし試料５の配合比のものに変えた点を除き実施例１と同様に樹脂磁石を作製し、実施例１と同様に評価をし、その結果を表２に示す。
【００２１】
実施例６ないし実施例１１
強磁性粉末を表１に記載の試料１２ないし試料１７に変えた点を除き実施例１と同様に樹脂磁石を作製し、実施例１と同様に評価をし、その結果を表２に示す。なお、試料１２は、ＳｍＦｅＮ系粉末であるが、平均粒径３．５μｍ、保磁力９．８×１０⁵Ａ／ｍ（１２．３ｋＯｅ）のものを使用した。
【００２２】
実施例１２ないし実施例１４
芳香族ポリアミドあるいは変性ポリフェニレンエーテル樹脂の種類を表１に記載の試料１８ないし試料２０のものに変えた点を除き実施例１と同様に樹脂磁石を作製し、実施例１と同様に評価をし、その結果を表２に示す。
参考例１
実施例１において使用した合成樹脂に代えて表１の試料２１に記載のものを用いた点を除き実施例１と同様にして樹脂磁石を作製し、実施例１と同様にして評価を行い、その結果を表２に示す。
【００２３】
比較例１ないし比較例６
実施例１において使用した合成樹脂の配合比を表１に記載の試料６比ないし試料１１比に変えた点を除き実施例１と同様にして樹脂磁石を作製し、実施例１と同様にして評価を行いその結果を表２に示す。
変性ポリフェニレンエーテル樹脂の配合比が少ないものは、成形が不可能であった。逆に多いものは、成形は可能であったが２７０℃の温度に耐えることができなかった。
【００２４】
比較例７および比較例８
実施例３において使用した変性ポリフェニレンエーテル樹脂に代えて表１の試料２２および試料２３に記載のポリアミド樹脂を用いた点を除き実施例３と同様にして樹脂磁石を作製し、実施例１と同様にして評価を行い、その結果を表２に示す。
【００２５】
比較例９
実施例３において使用した合成樹脂に代えて表１の試料２４に記載のものを用いた点を除き実施例３と同様にして樹脂磁石を作製し、実施例１と同様にして評価を行い、その結果を表２に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
ただし、表１において、
SmFeN系 :日亜化学工業製Ｓｍ：Ｆｅ：Ｎ＝２：１７：３
NdFeB(異方性) :ＭＱ社製ＡＰｏｗｄｅｒ
NdFeB(等方性) :ＭＱ社製ＢＰｏｗｄｅｒ
Sm₁Co₅ :日本イットリウム社製
Sm₂Co₁₇ :日本イットリウム社製
フェライト :戸田工業製
９Ｔ :クラレ製ジェネスタ
ユピエースＡＮ７０:三菱エンジニアリングプラスチックス社製射出用変性ポリフェニレンエーテル樹脂
ノリル１１５ :日本ジーイープラスチック社製射出用変性ポリフェニレンエーテル樹脂
ザイロン500H,300V :旭化成工業製射出用変性ポリフェニレンエーテル樹脂
ナイロン６ :宇部興産製ＵＢＥナイロン６
ナイロン６６ :宇部興産製ＵＢＥナイロン６６
【００２８】
【表２】
最大固有重量
試料成形性エネルギー積保磁力減磁率１増加率ブリスター減磁率２
(10 ⁴ J/m ³ ) (10 ⁵ A/m) ( ％ ) ( ％ ) (%)
実施例１ 1 良好 3.5 5.7 16.6 -- 良好 --
実施例２ 2 良好 4.9 6.5 15.6 -- 良好 --
実施例３ 3 良好 5.4 7.3 13.5 0.04 良好 21.5
実施例４ 4 良好 5.0 6.5 15.6 -- 良好 --
実施例５ 5 良好 4.5 5.7 19.2 -- 良好 --
実施例６ 12 良好 4.3 4.5 17.5 -- 良好 --
実施例７ 13 良好 5.1 8.0 14.3 -- 良好 --
実施例８ 14 良好 3.3 7.1 13.7 -- 良好 --
実施例９ 15 良好 4.8 7.1 15.1 -- 良好 --
実施例10 16 良好 4.3 7.6 13.9 -- 良好 --
実施例11 17 良好 1.8 1.7 10.2 -- 良好 --
実施例12 18 良好 5.3 7.3 13.6 0.04 良好 21.7
実施例13 19 良好 5.1 7.1 13.8 0.04 良好 22.0
実施例 14 20 良好 5.0 7.1 13.8 0.04 良好 22.1
参考例１ 21 良好 4.9 6.6 15.1 0.12 良好 24.1
比較例１ 6比不能 -- -- -- -- -- --
比較例２ 7比不能 -- -- -- -- -- --
比較例３ 8比不良 4.1 4.9 22 -- -- --
比較例４ 9比不良 3.3 3.3 25 -- -- --
比較例５ 10比不良 2.5 2.2 30 -- -- --
比較例６ 11比不良 2.0 1.2 分解 -- -- --
比較例７ 22比不良 4.4 5.8 -- 0.42 不良 30.2
比較例８ 23比不良 4.5 6.0 -- 0.38 不良 29.5
比較例９ 24比不良 4.1 5.2 -- 0.47 不良 37.2
【００２９】
【発明の効果】
本発明の樹脂磁石は、結合剤として使用する合成樹脂として、特定の組成のものを用いることによって、成形性とともに、耐熱性、耐水性を有すると共に優れた磁気特性有するので、リフロー半田等によって製造する機器類に適用することができる。また、大きな耐熱性を有するので、高温度で使用されるモータ、小型アイソレータ、あるいは複写機用マグネットロール等に利用することができる。

Claims

強磁性粉末材料と合成樹脂とからなる樹脂磁石において、合成樹脂が芳香族ポリアミド９Ｔとポリフェニレンエーテルをポリスチレンで変性させた変性ポリフェニレンエーテル樹脂とを混合したものであり、前記芳香族ポリアミド９Ｔと変性ポリフェニレンエーテル樹脂の重量比率が、８０：２０ないし６０：４０であることを特徴とする樹脂磁石。
強磁性粉末材料として、ＳｍＦｅＮ系、ＮｄＦｅＢ系、ＳｍＣｏ系、フェライト系の磁性体粉末材料から選ばれる少なくとも一種を５０〜９２質量％含むことを特徴とする請求項１に記載の樹脂磁石。