JP4721357B2 - Ｎｄ系ボンド磁石の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｎｄ系ボンド磁石の製造方法に関し、更に詳しく述べると、高温短時間の加熱によって磁石粉末表面に酸化被膜を形成し防錆効果を生じさせるＮｄ系ボンド磁石の製造方法に関するものである。

ボンド磁石の製造は、一般に、磁石粉末と熱硬化性バインダ樹脂とを混練し、乾燥、粉砕した粉末を用いて所望の形状に成形した後、加熱してバインダ樹脂を硬化させる方法が採られている。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石の場合も、基本的には同様の方法で製造される。

ところが、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボンド磁石の場合、磁石合金粉末は活性なＮｄ，Ｆｅを多量に含有するため、錆び易いという問題がある。そこで、磁石粉末を外的酸化要因から守るために、バインダ樹脂が磁石粉末を被覆する形になるのが理想であり、実際そのような形に近づけることで防錆性を向上させ実用に供している。

しかしながら、バインダ樹脂の被覆によって防錆性能を向上させるには、樹脂量をかなり多くする必要がある。それによって磁粉比率が下がると、磁石特性が低下する問題が生じる。近年の各種電子デバイスの小型化並びに高性能化に伴い、磁石特性をより一層向上させたい要望が強く、そのため樹脂量を必要以上に多くすることは避けねばならない。

そこで、樹脂量を必要以上に増加させることなく、防錆性の向上を図る様々な方法が提案されている。例えば特許文献１には、有機バインダ樹脂の熱硬化処理をＣＯ₂ 、Ｎ₂ またはＣＯ₂ ＋Ｎ₂ 混合ガスの雰囲気中で行うか、あるいは磁石粉末をＣＯ₂ 、Ｎ₂ またはＣＯ₂ ＋Ｎ₂ 混合ガスの雰囲気に曝露した後に有機バインダ樹脂と混練する方法が提案されている。いずれも雰囲気ガスへの曝露は、２００℃以下の温度に加熱することで行われる。この方法によって、磁石粉末の表面に金属の炭化物や窒化物を形成し、それらが酸素の作用を抑えるものと推測しているが、防錆の効果は必ずしも顕著ではない。また特許文献２には、磁石表面に設けるコーティング層を形成するためのコーティング剤組成液として、コーティング剤樹脂と防錆機能を有する硬化剤を用いる方法が開示されている。

一般に、防錆性を向上させる最も確実な方法は、めっき等による磁石粉末の被覆であるが、そのような方法は高価で生産性が劣り、防錆性改善策としては過剰な処理方法ともいえる。そこで、生産性に優れ、しかも必要十分な防錆性向上を図ることができる方法の開発が望まれている。
特開平５−２６７０３０号公報 特開２００３−２６１８２６号公報

本発明が解決しようとする課題は、磁気特性の低下を最小限に抑えつつ、防錆性の良好なＮｄ系ボンド磁石を、効率よく安価に製造できるようにすることである。

本発明は、Ｎｄ系磁石粉末とバインダ樹脂（熱硬化性樹脂）を混合して成形し、その成形体を不活性ガス雰囲気中で熱硬化処理した後、得られた磁石体に温度３５０℃〜５００℃、時間１秒〜２分の高温短時間加熱を行うことで前記磁石体の表面近傍の磁石粉末表面のみに酸化被膜を形成する防錆処理を施し、その後、着磁を行うことを特徴とするＮｄ系ボンド磁石の製造方法である。この高温短時間加熱による保磁力の減少率を１０％以下に制限することが好ましい。

より好ましくは、高温短時間加熱による防錆処理を、温度３５０℃〜４３０℃、時間２秒〜５秒の条件で行うことである。このような条件では、高温短時間加熱による保磁力の減少率を１％以下にできる。

典型的には、Ｎｄ系磁石粉末としてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石合金粉末を用い、バインダ樹脂としてエポキシ樹脂を用いる。

ところで、Ｎｄ系ボンド磁石では、磁石粉末の活性が高く、高温度下で曝されると磁気特性が低下すること、バインダ樹脂を用いているため、高温度下で曝されると樹脂の劣化が進むこと、等の理由で、高温度下に曝すことは技術常識に反すると考えられていた。そのため、バインダ樹脂の熱硬化処理でも、温度を必要最低限に抑え、且つ不活性ガス雰囲気中で行うというように、磁石粉末が酸化されないように、また樹脂が劣化しないように細心の注意を払って行っているのが現状である。

本発明者らは、Ｎｄ系ボンド磁石に対して、高温短時間加熱（熱硬化処理の際の条件よりも遙かに高温で且つ遙かに短時間での加熱処理）を行うことによって、磁石粉末の表面に積極的に極薄の酸化被膜を形成すると、それによって磁気特性の低下を最小限に抑えつつ防錆効果を著しく高めることができること、またバインダ樹脂が劣化しないこと、を見出した。本発明は、かかる現象の知得に基づき完成したものであり、従来の技術常識を覆すものである。

本発明に係るＮｄ系ボンド磁石の製造方法は、高温短時間加熱という安価で簡便な方法でありながら、十分な防錆性を発現させることができ、しかも樹脂の劣化が生じず、磁気特性の低下を最小限に抑えることができる。

本発明に係るＮｄ系ボンド磁石の製造方法のプロセスを図１に示す。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石合金粉末とエポキシ樹脂とを混合し、粉砕して粒度調整する。その粉体を用いて、所望の形状に成形する。その成形体を、窒素ガス雰囲気中で２００℃、１時間の熱硬化処理を行う。次いで、得られた磁石体に温度３５０℃〜５００℃、時間１秒〜２分の高温短時間加熱を行うことで前記磁石体の表面近傍の磁石粉末表面のみに酸化被膜を形成する防錆処理を施す。最後に、任意の方法で着磁を行う。

成形及び熱硬化までのプロセスは、基本的に従来技術と同様である。熱硬化条件は、適宜変更してもよい。本発明において、高温短時間加熱の条件は、防錆性の点から実験的に明らかにしたものである。加熱温度を３００℃〜５００℃としたのは、３００℃以上でないと防錆効果が発現せず、５００℃以下でないと磁石合金粉末の磁気特性劣化が甚だしくなってしまうからである。加熱時間を１秒〜５分としたのは、１秒以上でないと防錆効果が発現せず、５分以下でないと磁石合金粉末の磁気特性劣化が甚だしくなってしまうからである。なお、高温短時間加熱は大気中で行う。この高温短時間加熱によって、磁石合金粉末の表面に極薄の酸化被膜が形成され、内部が保護される。酸化被膜は、磁石合金粉末の表面のみに形成されるため、磁気特性が低下するのを最小限に抑えることができる。また酸化被膜は、磁石体の表面近傍の磁石合金粉末のみに形成されればよい（内部の磁石合金粉末に形成される必要はない）ので、磁石体が大型化しても、上記の高温短時間加熱の条件は変える必要はない。

高温短時間加熱後の着磁は、従来公知の任意の方法を用いて行うことができる。電流が発生する磁界により着磁する方法でもよいし、永久磁石が発生する磁界により着磁する方法でもよい。電流による着磁では、直流電流を印加する方法でもよいし、パルス電流を印加する方法でもよい。着磁は、室温で行ってもよいし、キュリー温度未満の温度に加熱して行ってもよい。あるいは、キュリー点以上の温度からキュリー点未満の温度まで降温させつつ、その間、着磁磁界を印加し続けることにより着磁する方法でもよい。

Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石合金粉末（粒径３００μｍ以下）：９７．５重量％、エポキシ樹脂：２．５重量％の割合で混合後、粉砕して粒径３００μｍ以下に粒度調整した。この粉体を、金型（外径φ２．６ｍｍ／内径φ１．０ｍｍ）内に充填し、成形圧３トン／ｃｍ² の圧力で成形した。得られたリング状成形体（長さ３ｍｍ）を、窒素ガス中で、２００℃×１時間の熱硬化処理を行い、磁石体を作製した。そして、この磁石体について、各種条件で高温短時間加熱を行った。

加熱温度を３５０℃（一定）とし加熱時間を変えた試料を、生理食塩水（０．９％ＮａＣｌ）に浸漬し、１８時間後に赤錆の出方（色）を目視判定した。これは、かなり厳しい条件の防錆性試験である。結果を表１に示す。相対比較して防錆性が優れている順に、◎＞○＞×で示す。また、比較のために、高温短時間加熱を行わない試料（従来品）の結果も併せて示す。

表１の結果から、従来品は赤錆の出方が甚だしかったが、１秒以上の加熱を行うと防錆性が発現し、２分以上では防錆性が極めて良好で殆ど赤錆の発生は認められなかった。

次に加熱時間を３秒（一定）とし加熱温度を変えた試料を、生理食塩水（０．９％ＮａＣｌ）に浸漬し、９時間後に赤錆の出方（色）を目視判定した。結果を表２に示す。ここでも、比較のために、高温短時間加熱を行わない試料（従来品）の結果も併せて示す。

表２の結果から、従来品は赤錆がかなり発生していたが、３７０℃以上の加熱を行うと防錆性が得られ、４３０℃以上の加熱では防錆性が極めて良好で殆ど赤錆の発生は認められなかった。

そこで、加熱温度を３５０℃（一定）とし加熱時間を変えた試料について、磁石合金粉末を観察した。その結果、磁石合金粉末の表面には薄い被膜が形成されていることが分かり、それは酸化被膜であることが判明した。加熱時間に対する酸化被膜の厚みをプロットしたのが図２である。加熱時間２秒で酸化膜厚は約１０ｎｍ（ＴＥＭ：透過型電子顕微鏡による）、１５秒で約６０ｎｍ、１２０秒で約３５０ｎｍ（いずれもＳＥＭ：走査型電子顕微鏡での反射電子像による）であった。酸化膜厚が厚くなることと防錆性の向上とが対応していることが分かる。

これらの塩水浸漬試験の結果から、本発明による高温短時間加熱は防錆性の向上に極めて有効であることが確認できた。そこで次に、この高温短期間加熱による樹脂並びに磁気特性の変化を検討した。

加熱温度を３５０℃（一定）とし加熱時間を２秒〜５分まで種々変化させて圧環強度を測定した。即ち、側面（Ｒ面）より押圧し破壊寸前の最大荷重を求めた。その結果、加熱時間に関わらず圧環強度はほぼ一定であった。圧環強度の劣化が認められないことから、実験した加熱条件の範囲では樹脂劣化は生じていないといえる。また、従来品と３５０℃×５分加熱した試料とをＸ線光電子分光（ＥＳＣＡ）による分析で比較した結果、化学結合状態に有意差は無く、樹脂の酸化等の化学変化は起きていないことが確認された。つまり、本発明の加熱は、かなり高温になるが短時間の処理であるため、樹脂劣化は生じず、品質上は全く問題がない。

また、加熱温度を３５０℃（一定）とし加熱時間を２秒〜５分まで種々変化させて保磁力を測定した。結果を図３に示す。横軸は加熱時間、縦軸は従来品の保磁力に対する高温短時間加熱品の保磁力の比を表している。加熱時間が５分以内であれば、保磁力の減少率を１０％以下に収めることができることが分かる。

これらのことから、本発明における高温短時間加熱は、温度３５０℃〜５００℃、時間１秒〜２分としている。また、磁気特性の劣化を極力防ぐ観点から、より好ましくは、温度３５０℃〜４３０℃、時間２秒〜５秒の条件で行うことである。この条件であれば、保磁力の減少率を１％以下に収めることができる。

本発明に係るＮｄ系ボンド磁石の製造方法を示すプロセス図。 加熱時間に対する酸化膜厚の関係を示すグラフ。 加熱時間に対する保磁力の減少率の関係を示すグラフ。

Claims (4)

1. Ｎｄ系磁石粉末とバインダ樹脂を混合して成形し、その成形体を不活性ガス雰囲気中で熱硬化処理した後、得られた磁石体に温度３５０℃〜５００℃、時間１秒〜２分の高温短時間加熱を行うことで前記磁石体の表面近傍の磁石粉末表面のみに酸化被膜を形成する防錆処理を施し、その後、着磁を行うことを特徴とするＮｄ系ボンド磁石の製造方法。
2. 高温短時間加熱による保磁力の減少率を１０％以下にする請求項１記載のＮｄ系ボンド磁石の製造方法。
3. 高温短時間加熱による防錆処理を、温度３５０℃〜４３０℃、時間２秒〜５秒の条件で行う請求項１記載のＮｄ系ボンド磁石の製造方法。
4. Ｎｄ系磁石粉末がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石合金粉末であり、バインダ樹脂がエポキシ樹脂である請求項１乃至３のいずれかに記載のＮｄ系ボンド磁石の製造方法。
   

Images