JP5234207B2 - ボンド磁石用コンパウンド、及び、ボンド磁石 - Google Patents

Description

本発明は、十分な耐熱性を有し、成形性に優れたボンド磁石用コンパウンド及びボンド磁石に関するものである。

ボンド磁石は、磁石粉末と熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などの有機バインダーを混練して得られたコンパウンド（混合物）を、所望とする形状に成形して製造される。ボンド磁石の成形方法には、射出成形法、圧縮成形法、押出成形法などが利用されている。

射出成形法は、前述のコンパウンドを加熱溶融して金型内に溶融物を注入し、所望の形状に成形する方法である。このとき、磁場印加された金型内で成形されれば異方性ボンド磁石、磁場印加されなければ等方性ボンド磁石となる。射出成形法は、圧縮成形法や押出成形法と比較して形状自由度が高く、複雑形状の製品も成形し易いといった利点がある。しかし、加熱溶融したコンパウンドに高流動性が求められるため、前述の２種の成形法よりも高樹脂量のコンパウンドが必要となる。このため、同じ磁石粉末を使用しても低磁気特性となる欠点がある。

射出成形法で製造されるボンド磁石には、有機バインダーとして一般的に熱可塑性樹脂が使用される。これは熱硬化性樹脂を用いた場合、成形性が悪い、硬化処理が必要などの問題があるためである。ボンド磁石に使用される熱可塑性樹脂としては、ポリアミド（Ｐｏｌｙ Ａｍｉｄｅ、以下ＰＡと記載）樹脂が良く知られている。ＰＡ樹脂は成形性が良好で、樹脂量を比較的少なくすることが可能であるが、耐熱性、耐湿性、寸法精度の面で劣っている。これに対して、十分な耐熱性を有する熱可塑性樹脂としてポリフェニレンスルフィド（Ｐｏｌｙ Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ、以下ＰＰＳと記載）樹脂を使用したボンド磁石が知られているが、成形性の面でＰＡ樹脂に劣るため、樹脂量を少なくすることが難しい。そこで、ＰＰＳ樹脂の耐熱性を生かしつつ、成形性を改善する検討が行われている。

例えば特許文献１には、ＰＰＳ樹脂とＰＡ樹脂を所定の割合で混合することで、耐熱性を損なうことなく成形性の良好な材料が提案されている。また、特許文献２には、ＰＰＳ樹脂を用いて、磁石粉末の外面をＰＰＳ樹脂で覆うことで隣接する磁石粉末同士の接触を阻止し、成形性と磁気特性に優れたボンド磁石が提案、実施されている。

さらに、特許文献３〜５には、ＰＰＳ樹脂をはじめとした熱可塑性樹脂を用いたボンド磁石やボンド磁石用コンパウンドにおいて、磁石粉末の表面をカップリング剤処理することで、磁石粉末と樹脂材料の親和性を向上させ、磁石粉末の分散性を改善し、その結果、コンパウンドの流動性を向上して成形性を改善する方法が提案されている。

特開平０３−１６７８０４号公報 特開平０９−２２３６１６号公報 特開昭６２−２２３２６８号公報 特開昭６２−２８２４１８号公報 特開平０６−２９５８１６号公報

しかしながら、特許文献１の実施例によれば、樹脂成分中のＰＡ１２（ポリラウリルラクタム）樹脂の含有量が少なくとも３０ｖｏｌ％必要であり、これは換算すると約４．２ｗｔ％に相当する。ＰＡ１２樹脂の融点は１７５℃程度と比較的低温であるため、ＰＡ１２樹脂の含有量が３０ｖｏｌ％以上となった場合、ＰＰＳ樹脂の特徴である高耐熱性が実使用において十分発揮されるとはいい難い。また、ＰＰＳ樹脂は非極性の分子構造を有し、表面が極性を有する磁石粉末への濡れ性が悪いことから、磁石粉末をＰＰＳ樹脂で被覆しにくい。したがって、特許文献２に提案、実施されているように、磁石粉末の外面をＰＰＳ樹脂が覆って、磁石粉末同士の接触を十分に阻止するのは困難である。

さらに、特許文献３〜５に提案されているような、磁石粉末をカップリング剤処理する方法では、ＰＰＳ樹脂を用いた場合のコンパウンド化に必要なＰＰＳ樹脂の融点（約２８０℃）以上で溶融混練した場合、カップリング剤成分の熱分解や揮発が起こりやすい。そのため、カップリング剤が有している磁石粉末と樹脂との親和性向上や、磁石粉末の分散性改善という本来の機能が発揮されないばかりか、カップリング剤の分解生成物の影響により、逆に流動性・成形性が低下するなど、混練・成形時に他の予期せぬ問題が発生することが容易に考えられる。

そこで本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたものであり、十分な耐熱性を有し、成形時の流動性・充填性に優れたボンド磁石用コンパウンド及び前記コンパウンドを用いることにより高耐熱性で、寸法精度、機械的強度、磁気特性に優れたボンド磁石を提供することを目的とする。

前述した課題を解決して目的を達成するために、本発明のボンド磁石用コンパウンドは、磁石粉末とポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂とポリアミド（ＰＡ）樹脂を含み、コンパウンド中の磁石粉末の含有比率が７９〜９４．５ｗｔ％、ＰＰＳ樹脂の含有比率が７〜２０ｗｔ％、ＰＡ樹脂の含有比率が０．１〜１．０ｗｔ％、であることを特徴とする。

好ましくは、磁石粉末がＰＡ樹脂に被覆されていることを特徴とする。

好ましくは、ＰＡ樹脂が、ジアミンとジカルボン酸との重縮合反応で合成されたＰＡ樹脂であることを特徴とする。

好ましくは、ＰＡ樹脂が、その分子骨格中に芳香環を含んでいることを特徴とする。

また、本発明のボンド磁石は、磁石粉末の含有比率が７９〜９４．５ｗｔ％、ポリフェニレンスルフィド樹脂の含有比率が、７〜２０ｗｔ％であり、ポリアミド樹脂の含有比率が、０．１〜１．０ｗｔ％であることを特徴とする。

本発明によれば、ＰＰＳ樹脂の特徴である耐熱性を損なうことなく、成形時の流動性・充填性に優れたボンド磁石用コンパウンドを提供することが出来る。また前記コンパウンドを用いることにより、高耐熱性が必要な箇所に使用することが可能で、寸法精度、機械的強度や磁気特性に優れたボンド磁石を提供することが出来る。

図１は、本発明の一実施形態に係るボンド磁石の製造に用いる、射出成形機の要部断面図である。 図２はボンド磁石用コンパウンドの断面構成図である。 図３は、図２のボンド磁石用コンパウンド中の磁石粉末周囲の拡大図である。 図４は、本発明のボンド磁石の好適な実施形態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。

射出成形装置
図１に示す射出成形装置１について説明する。この射出成形装置１は、ペレット５が投入されるホッパ２を有する押出機３と、押出機３から押し出されたペレット５の溶融物をキャビティ６内で成形するための金型４とを有する。この射出成形装置１には、金型４の周囲に磁場印加のためのコイルなどを備えていても良い。成形時に磁場印加されれば異方性ボンド磁石、磁場印加されずに成形されれば等方性ボンド磁石が、それぞれ得られる。本実施形態においては、いずれの場合のおいても好適である。

磁石粉末
本実施形態に用いられる磁石粉末は特に限定されないが、例えば、フェライト系磁石粉末、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石粉末、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末、あるいはこれらの磁石粉末の混合物が挙げられる。

フェライト系磁石粉末としては、好ましくはマグネトプランバイト型のＭ相、Ｗ相等の六方晶系のフェライトが用いられる。特に好ましいマグネトプランバイト型のＭ相のフェライトを「Ｍ型フェライト」とするが、前記Ｍ型フェライトは一般式ＡＦｅ_１２Ｏ_１９ （Ａは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ等）で表わされる。このＭ型フェライトには更に、磁気特性の低下に影響しない範囲で、希土類元素、Ｃａ、Ｐｂ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｂ等が含有されていても良い。

Ｓｍ−Ｃｏ系磁石粉末としては、例えば、ＳｍＣｏ_５やＳｍ_２Ｃｏ_１７が挙げられる。これらの磁石粉末は、磁気特性低下に影響しない範囲でＣｏの一部がＦｅ、Ｃｕ、Ｚｒ等の遷移金属元素で置換されたものも含む。

Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁石粉末としては、例えば、Ｓｍ_２Ｆｅ_１７Ｎが挙げられる。これらの磁石粉末は、磁気特性低下に影響しない範囲でＦｅの一部がＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ等の遷移金属元素で置換されたものも含む。

Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末としては、例えば、Ｎｄ_２Ｆｅ_１４Ｂが挙げられる。これらの磁石粉末は、磁気特性低下に影響しない範囲で、Ｎｄの一部をＬａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｔｂ、Ｄｙなどで置換されたもの、Ｆｅの一部をＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉ等の遷移金属元素で置換されたもの、Ｂの一部をＣなどで置換されたものを含む。

特にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末として、ＨＤＤＲ（水素化分解・脱水素再結合、Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ−Ｄｉｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｔｉｏｎ−Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ−Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）法で作製された異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を使用すると、高磁気特性を有するボンド磁石を作製することが出来る。

磁石粉末の平均粒子径は、特に限定されるものではないが、０．１〜２００μｍ程度が好ましく、より好ましくは１〜１００μｍである。最大粒径は、３００μｍ以下が好ましく、より好ましくは２５０μｍ以下である。粒子サイズが大きいと、コンパウンドの密度バラツキや流動性バラツキを生じて製品の変形や特性バラツキに影響したり、混練機、成形機や金型内でカジリ発生の原因となる。逆に粒子サイズが小さいと、流動性が低下して成形時の充填性が悪化したり、磁石粉末が金属の場合には酸化しやすくなって磁気特性が低下する。

磁石粉末の粒径分布は、特に限定されるものではないが、分布の範囲が広い（粒径分布がブロード）と、樹脂量が少ない状態でもコンパウンドの流動性が向上し、充填性が改善されるため、より好ましい。

本実施形態において、コンパウンド中における磁石粉末の含有量は、７９〜９４．５ｗｔ％である。磁石粉末の含有量がこの範囲内であることにより、十分な耐熱性を有し、成形時の高流動性・高充填性と高磁気特性が両立したボンド磁石用コンパウンドを製造することが出来る。このような観点から、磁石粉末の量は、コンパウンド総量に対して、好ましくは、８１〜９３ｗｔ％であり、更に好ましくは、８２〜９０ｗｔ％である。

有機バインダー
本実施形態では有機バインダーとして熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂は、所望とする成形性、耐熱性、機械的強度などに応じて、様々な種類の樹脂を選択することが可能であり、１種類の樹脂を単独で使用しても、２種類以上の樹脂を混合して使用しても良い。

本実施形態では、熱可塑性樹脂成分の融点として、２００〜４００℃であることが好ましく、２３０〜３５０℃であることがより好ましい。熱可塑性樹脂成分の融点が２００℃未満では、本実施形態における耐熱性が不十分である。また、融点が４００℃を超えると、混練時や成形時の装置負荷が大きくなったり、高温で混練、成形する必要があるために樹脂自体や磁石粉末の劣化が問題となる。また、有機バインダー原料としての形状は、粉末状、ビーズ形状、ペレット形状等、特に限定されないが、磁石粉末と均一に混合するためには粉末状であることがより好ましい。

これらを鑑み、本実施形態では熱可塑性樹脂として、ＰＰＳ樹脂とＰＡ樹脂が用いられる。この２種類の樹脂を用いることで、十分な耐熱性を有し、成形性に優れたボンド磁石用コンパウンド及びボンド磁石を提供することが可能となる。

ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂
本実施形態ではＰＰＳ樹脂が用いられる。ＰＰＳ樹脂は、芳香環と硫黄原子が交互に結合した分子構造を有する熱可塑性樹脂で、約２８０℃の高融点であるため高耐熱性が必要な分野で利用されている。ＰＰＳ樹脂には直鎖型と架橋型の２種類があり、必要に応じて単独若しくは両方を任意の割合で混合して使用されている。

本実施形態において、ＰＰＳ樹脂は磁石粉末の有機バインダーの主成分として作用する。前述の通り、ＰＰＳ樹脂は高融点であることから耐熱性が必要とされる箇所や、また耐水性、耐油性を有することから、これらを必要とする環境下で使用される部品への応用が期待される。

一方、ＰＰＳ樹脂は非極性の分子構造であり、磁石粉末との相互作用が弱く濡れにくい。すなわち、磁石粉末がＰＰＳ樹脂で被覆されにくいため、磁石粉末同士の間の距離を適度に保てず、磁石粉末同士が接触したりする。そのため、ＰＰＳ樹脂単独ではコンパウンドの流動性や成形性を向上したり、磁石粉末の含有率を高めたりすることが難しい。

ＰＰＳ樹脂は、前述のように分子構造の違いから直鎖型と架橋型に分類される。本実施形態では、使用される型が限定されることはなく、製品で重視される特性に応じて、直鎖型または架橋型を単独で用いても良く、両方の型を任意の割合で混合して使用しても良い。

本実施形態におけるＰＰＳ樹脂の量は、コンパウンド総量に対して５〜２０ｗｔ％である。５ｗｔ％未満であると、ＰＰＳの特徴である耐熱性という効果を得ることが困難でであるとともに、コンパウンドの流動性が低下して成形が困難となる。また、２０ｗｔ％を超えると、流動し易い樹脂成分と流動し難い磁石粉末が樹脂の溶融時に分離し易くなるため、コンパウンドの流動性や成形性に悪影響を及ぼすからである。こういった観点より、ＰＰＳ樹脂の量は、より好ましくは６．５〜１８．５ｗｔ％であり、７〜１７ｗｔ％であることが更に好ましい。

ポリアミド（ＰＡ）樹脂
本実施形態ではＰＡ樹脂が用いられる。ＰＡ樹脂は、分子内にアミド結合（−ＣＯ−ＮＨ−）を有する熱可塑性樹脂であり、一般的には、主に脂肪族骨格で構成されているものはナイロン、芳香族骨格のみで構成されているものはアラミドと呼ばれている。ＰＡ樹脂には、ポリアミドｘとポリアミドｙｚが存在し、ｘ、ｙ、ｚは、それぞれモノマー成分の炭素数に由来する数字である。ポリアミドｘは、環状ラクタム（炭素数ｘ）の開環重合やω‐アミノカルボン酸（炭素数ｘ）の重縮合で得られる。ポリアミドｙｚは、ジアミン（炭素数ｙ）とジカルボン酸（炭素数ｚ）の共重縮合で得られる。なお、本実施形態では、製品で重視される特性に応じて、いずれのポリアミドを単独で用いても両方の型を任意の割合で混合して使用しても良いが、一般的にポリアミドｙｚの方が高融点であるため、ポリアミドｙｚを使用することが好ましい。

例えば、ポリアミドｘとしては、ＰＡ６（ポリ（ε―カプロラクタム））、ＰＡ１１（ポリウンデカンラクタム）、ＰＡ１２（ポリラウリルラクタム）などが挙げられる。また、ポリアミドｙｚとしては、ＰＡ６６（ポリ（ヘキサメチレンアジパミド））、ＰＡ６１０（ポリ（ヘキサメチレンセバサミド））、ＰＡ４６（ポリ（テトラメチレンアジパミド）、ＰＡ６Ｔ（ポリ（ヘキサメチレンテレフタルアミド））、ＰＡ９Ｔ（ポリ（ノナメチレンテレフタルアミド））、ＰＡ６Ｉ（ポリ（ヘキサメチレンイソフタルアミド））、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）、ポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）などが挙げられる。本実施形態においては、これらのＰＡ樹脂に限定されることなく、本発明の範囲内で必要に応じて適宜選択して良い。

ＰＡ樹脂は、前述のように、主鎖（分子骨格）が主に炭素−炭素単結合で構成される脂肪族ＰＡと、主鎖が主に芳香環で構成される芳香族ＰＡがあり、また脂肪族系モノマーと芳香族系モノマーを共重縮合した半芳香族ＰＡも存在する。一般的に、ＰＡ分子の主鎖内に芳香環が多く含まれるほど高融点となり、耐熱性が向上する。本実施形態では、製品で重視される特性に応じて、脂肪族ＰＡ、芳香族ＰＡあるいは半芳香族ＰＡを単独で用いてもいずれの型を任意の割合で混合して使用しても良いが、半芳香族ＰＡを使用することがより好ましい。

前述のＰＡ樹脂を分類すると、例えば、脂肪族ＰＡは、ＰＡ６、ＰＡ１１、ＰＡ１２、ＰＡ６６、ＰＡ６１０、ＰＡ４６、芳香族ＰＡは、ポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミド）、ポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）、半芳香族ＰＡはＰＡ６Ｔ、ＰＡ９Ｔ、ＰＡ６Ｉである。

本実施形態でＰＡ樹脂は、磁石粉末の有機バインダーの副成分として作用する。ＰＡ樹脂は分子構造により様々な融点を有しており、低融点ＰＡ樹脂を主成分とした場合、ＰＰＳ樹脂の特徴である高耐熱性が損なわれるためである。ＰＡ樹脂は分子内に極性官能基であるアミド結合を有しているため、磁石粉末表面との相互作用により付着しやすいことが期待出来る。すなわち、磁石粉末がＰＡ樹脂で被覆されやすく、そのため磁石粉末同士の間の距離が適度に保たれ、磁石粉末の分散状態が向上して摩擦抵抗を低減すると共に、樹脂成分と磁石粉末が一体となって動くため、成形時のコンパウンドの流動性や充填性を高めることが出来る他、成形体強度や寸法精度の向上も期待出来る。

本実施形態におけるＰＡ樹脂の量は、コンパウンド総量に対して０．１〜２ｗｔ％である。０．１ｗｔ％未満であると、磁石粉末の有機バインダー中への分散状態が悪化し、成形時のコンパウンドの流動性や充填性が低下する。一方、２ｗｔ％を超えると、２００℃未満の低融点のＰＡ樹脂を使用していた場合には、ＰＡ樹脂がＰＰＳ樹脂よりも高流動性である影響により、ＰＡ樹脂が優先的に充填されやすくなるため、成形時のコンパウンドの充填バラツキが大きくなる。また、ＰＡ樹脂の吸湿の影響が大きくなり、磁石粉末が酸化劣化したり、コンパウンドの流動性が低下する。このような観点より、ＰＡ樹脂の量は、コンパウンド総量に対して、より好ましくは０．２〜１．５ｗｔ％であり、０．２〜１．０ｗｔ％であることが更に好ましい。

ボンド磁石用コンパウンド
図２に本実施形態におけるボンド磁石用コンパウンドの断面構成図を、図３に図２のボンド磁石用コンパウンド中の磁石粉末７周囲の拡大図を、それぞれ示す。図２および図３に示すボンド磁石用コンパウンドは、磁石粉末７とＰＰＳ樹脂９とＰＡ樹脂８から構成される。前述のように、ＰＰＳ樹脂９は磁石粉末７への濡れ性が悪いため、ＰＡ樹脂８で被覆した磁石粉末７をＰＰＳ樹脂９中に分散させる。このような構造を形成することにより、磁石粉末７同士の間の距離が適度に保たれることで、磁石粉末７の分散状態が向上して摩擦抵抗を低減するために、成形性に優れたボンド磁石用コンパウンドを提供することが出来る。

本実施形態におけるボンド磁石用コンパウンドは、磁石粉末の含有比率が７９〜９４．５ｗｔ％、ＰＰＳ樹脂の含有比率が７〜２０ｗｔ％、ＰＡ樹脂の含有比率が０．１〜１． ０ｗｔ％である。この範囲とすることで、ＰＰＳ樹脂の特徴である高耐熱性を損なうことなく、成形時の流動性や充填性を向上したボンド磁石用コンパウンドとなり、磁気特性、寸法精度や機械的強度などに優れたボンド磁石を提供することが出来る。

ボンド磁石用コンパウンドに含まれる成分の重量比率は、例えば、ＴＧ−ＤＴＡ（熱重量測定―示差熱分析）法、ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外吸収スペクトル）法、Ｐｙ−ＧＣ−ＭＳ（熱分解ガスクロマトグラフ質量分析）法、などを組合せることで確認することが出来る。本実施形態におけるボンド磁石用コンパウンドは、複数の成分から構成されているため、複数の分析手法を組み合わせることが非常に有効である。本発明では、前述の分析手法に制限されるものではなく、必要に応じて適切な分析手法を組み合わせて成分比率を求めて良い。

ＰＡ樹脂が磁石粉末を被覆する際、その厚みが５〜１３００ｎｍとなるようにＰＡ樹脂を含有することが好ましい。これは、コンパウンド中のＰＡ樹脂の含有比率を、前述の範囲にすることで達成される。ＰＡ樹脂は分子内に極性官能基を有することから、ＰＰＳ樹脂と比較して磁石粉末との親和性が高いため、磁石粉末と混練することでＰＡ樹脂が磁石粉末表面に被覆されやすい。

ここで、前述のＰＡ樹脂の厚みとは、ＰＡ樹脂が屈曲なく直鎖状の分子構造になっており、磁石粉末それぞれの表面に、含有するＰＡ樹脂全ての分子が層状になって均一に付着している場合の仮想厚みを意味する。その模式図を図２に示しているが、この仮想厚みＴ_ＰＡ［ｎｍ］は、磁石粉末の比表面積Ｓ_ｍ［ｍ２／ｇ］と重量Ｗ_ｍ［ｇ］、ＰＡ樹脂の密度Ｄ_ＰＡ［ｇ／ｃｍ^３］と重量Ｗ_ＰＡ［ｇ］から下式（１）で求められる。
Ｔ_ＰＡ＝［（Ｗ_ＰＡ／Ｄ_ＰＡ）／（Ｓ_ｍ×Ｗ_ｍ）］×１０^３ （１）

実際には、全ての磁石粉末表面にＰＡ樹脂が完全に均一な厚みで被覆することはなく、磁石粉末毎に、また磁石粉末内でもＰＡ樹脂の厚みバラツキを有しているのが通常である。すなわち、本発明においてＰＡ樹脂の被覆厚みとは、磁石粉末それぞれの表面に、含有するＰＡ樹脂全てが被覆したときの平均厚みであり、これは前述の仮想厚みと一致する。したがって、ＰＡ樹脂の被覆厚みは前述の式（１）から求められるが、後述のような分析手法でも確認することが出来る。

５ｎｍ未満となるようなＰＡ樹脂の含有量である場合、磁石粉末へのＰＡ樹脂の被覆が不十分となるため、磁石粉末同士の間の距離が適度に保てず、有機バインダー中への磁石粉末の分散状態が悪くなったり、磁石粉末同士の摩擦抵抗が増大する。そのため、成形時のコンパウンドの流動性や充填性が低下する。一方、１３００ｎｍを超えるＰＡ樹脂の含有量である場合、特に低融点ＰＡ樹脂を使用していた場合には、ＰＡ樹脂がＰＰＳ樹脂よりも高流動性である影響により、ＰＡ樹脂が優先的に充填されやすくなるため、成形時のコンパウンドの充填バラツキが大きくなる。また、ＰＡ樹脂の吸湿の影響が無視出来なくなり、磁石粉末が酸化劣化したりコンパウンドの流動性が低下する。

本実施形態におけるボンド磁石用コンパウンド中における磁石粉末の分散状態や、磁石粉末へのＰＡ樹脂の被覆状態や被覆厚みは、例えば、コンパウンドの断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察やＳＴＥＭ（走査型透過電子顕微鏡、Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光法、Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による元素分布解析等を組み合わせることで、確認することが出来る。本発明では、前述の分析手法に制限されるものではなく、必要に応じて適切な分析手法を組み合わせて良い。

本発明のボンド磁石用コンパウンドには、必要に応じて酸化防止剤、重金属不活性化剤等の添加剤を添加しても良い。ただし、本発明のボンド磁石用コンパウンドにおいては、製造中に３００℃前後の高温に晒されるため、これら添加剤の使用時には、使用量を必要最小限にしたり、高融点あるいは高分解温度の添加剤を適宜選択すれば良い。

ボンド磁石
図４に、本実施形態におけるボンド磁石１０の好適な一例を示す。図４に示すボンド磁石１０の形態は、リング（円筒）形状であるが、本発明ではこの形状に限定されるものではなく、金型を変えることによって、所望の形状（例えば、柱状、平板状又はＣ型形状）を有するボンド磁石に適用可能である。

ボンド磁石の製造方法
以下に、本発明の好適な実施形態に係るボンド磁石の製造方法について説明する。本実施形態におけるボンド磁石の製造方法は、混練・ペレット作製（コンパウンド化）工程、成形工程を含み、これからの工程を経て、ボンド磁石を製造することが出来る。各工程について以下に説明する。

混練・ペレット作製（コンパウンド化）工程
本実施形態における混練・ペレット作製工程では、磁石粉末とＰＰＳ樹脂とＰＡ樹脂を混練し、混練物をペレタイザなどでペレット状に成形する。混練は、例えばバッチ式ニーダー、二軸押出機などで行えば良い。ペレタイザとしては、例えば一軸押出機が用いられる。特に、二軸押出機などは、混練後にストランド（排出口）から連続的に排出される、棒状のコンパウンドを連続してカットすればペレットが作製出来るので、より好適である。混練およびペレット作製は、使用するＰＰＳ樹脂およびＰＡ樹脂の溶融温度に応じて加熱しながら実施されるが、２５０〜３５０℃であることが好ましく、２８０〜３３０℃であることがより好ましい。

本実施形態において、前述のコンパウンド中における磁石粉末の含有量は、７９〜９４．５ｗｔ％である。磁石粉末の含有量がこの範囲内であることにより、十分な耐熱性を有し、成形時の高流動性・高充填性と高磁気特性が両立したボンド磁石用コンパウンドを製造することが出来る。

成形工程
本実施形態の成形工程では、例えば図１に示す射出成形装置１を用いて、前述のペレット５を金型４内に射出成形し、ボンド磁石の成形品が得られる。ペレット５は押出機３の内部で、例えば２５０〜３３０℃に加熱溶融される。この加熱溶融物が金型４に射出される前に金型４は閉じられ、内部にキャビティ６が形成される。加熱溶融物はスクリューにより金型４の内部キャビティ６に射出され、射出成形される。このときの金型４の温度は１００〜１６０℃程度とすれば良い。

成形時、金型４へ磁場が印加されると、異方性ボンド磁石が得られる。このときの金型４への印加磁場は、３９８〜１９８９ｋＡ／ｍ（５〜２５ｋＯｅ）程度とすれば良い。

以上、ボンド磁石の好適な製造方法について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で主々に改変することが出来る。

以下、本発明の内容を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１〜５、参考例１〜３、比較例１、２
磁石粉末として、ＨＤＤＲ法で作製した異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末（平均二次粒子径：５０μｍ）、有機バインダーとして、直鎖型ＰＰＳ樹脂（融点：約２８０℃）、ＰＡ６Ｔ（ポリ（ヘキサメチレンテレフタルアミド））樹脂（融点：約３００℃）を準備した。これらを表１に示すコンパウンド組成となるように秤量し、キャビティー内を窒素置換した加圧加熱ニーダーを用いて、３００℃で２ｈｒ混練し、得られたコンパウンドをペレタイザでペレット化した。

得られたペレットについて、メルトインデクサを用いて、設定温度：３３０℃、荷重：１０ｋｇ、余熱時間：３６０秒、インターバル：２５ｍｍの条件で、ＭＶＲ（メルトボリュームフローレート、単位：ｃｍ^３／１０ｍｉｎ．）を測定した。その結果を表１に示す。

得られたペレットについて、ＴＧ−ＤＴＡ（熱重量測定―示差熱分析）法、ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外吸収スペクトル）法、Ｐｙ−ＧＣ−ＭＳ（熱分解ガスクロマトグラフ質量分析）法を組合せ、コンパウンド中の成分比率を確認した。

次に、図１に示す磁場射出成形装置１を用いて、ペレット５を金型４内に射出成形し、異方性ボンド磁石を作製した。金型４への射出前に、金型４は閉じられ、内部にキャビティ６が形成され、金型４には磁場が印加された。なお、ペレット５は、押出機３の内部で加熱溶融され、スクリューにより金型４のキャビティ６内に射出された。射出温度は３００℃、金型温度は１４０℃、射出成形時の印加磁場は１５９２ｋＡ／ｍとした。磁場射出成形工程で得られたボンド磁石は円板状であり、直径１５ｍｍ、厚み１０．５ｍｍであった。なお、磁場印加方向は厚み方向とした。

作製したボンド磁石は、アルキメデス法により、密度測定を行った。このボンド磁石を用い、２５℃の大気中にて、最大印加磁場１９８９ｋＡ／ｍの
Ｂ−Ｈトレーサにて磁気特性（残留磁束密度Ｂｒ、保磁力ＨｃＪ）を測定した。その結果を表１に示す。

さらに、図１の磁場射出成形装置１にて、長さ８０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み４ｍｍの板状ボンド磁石を作製した。なお、磁場印加方向は、厚み方向とした。このボンド磁石を用いて、荷重たわみ温度を、ＪＩＳ Ｋ ７１９１に基づいて、曲げ応力１．８ＭＰａとなる荷重で測定した。測定結果は、１８０℃未満の場合は「×」、１８０〜２３０℃の場合は「△」、２３０℃以上の場合は「○」、２５０℃以上の場合は「◎」で、それぞれ示した。また、曲げ強度をＪＩＳ Ｋ ７１７１に基づいて、支点間距離６４ｍｍ、加重速度２ｍｍ／ｍｍの条件で測定した。測定結果は、６０ＭＰａ未満の場合は「×」、６０〜９０ＭＰａの場合は「△」、９０ＭＰａ以上の場合は「○」、１００ＭＰａ以上の場合は、「◎」で、それぞれ示した。

比較例３
有機バインダーとして、ＰＡ６Ｔ樹脂を使用しない以外は、実施例１と同様にコンパウンド及びボンド磁石を作製し、評価を行った。その結果を表１に示す。

実施例６
有機バインダーとして、架橋型ＰＰＳ（融点：約２８０℃）樹脂を用いた以外は、実施例１と同様にコンパウンド及びボンド磁石を作製し、評価を行った。その結果を表１に示す。

実施例７
有機バインダーとして、直鎖型ＰＰＳ樹脂と架橋型ＰＰＳ樹脂を重量比１：１で混合して用いた以外は、実施例１と同様にコンパウンド及びボンド磁石を作製し、評価を行った。その結果を表１に示す。

比較例４
磁石粉末として、ＨＤＤＲ法で作製した異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末（平均粒子径：５０μｍ）、有機バインダーとしてＰＰＳ樹脂（融点：約２８０℃）、さらに磁石粉末への表面処理剤としてシランカップリング剤（Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン）を準備した。

ミキサーで異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を乾式攪拌している中に、無水エタノールで希釈した前記シランカップリング剤を磁石粉末に対して１ｗｔ％噴霧し、さらに乾式混合した。混合後、１００℃で乾燥し、シランカップリング剤処理異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末を得た。

前記シランカップリング剤処理した磁石粉末を用いて、ＰＡ６Ｔ樹脂を使用しない以外は実施例１と同様にコンパウンド及びボンド磁石を作製し、評価を行った。その結果を表１に示す。

実施例８、９、比較例５〜６
ＨＤＤＲ法で作製した異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末の平均粒子径を１０μｍ、または１００μｍとした以外は、実施例１または比較例１と同様にコンパウンド及びボンド磁石を作製し、評価を行った。その結果を表１に示す。

実施例１０、比較例７
ＰＡ６Ｔ樹脂の代わりにＰＡ１２（ポリラウリルラクタム）樹脂（融点：約１７５℃）を使用した以外は、実施例１または比較例１と同様にコンパウンド及びボンド磁石を作製し、評価を行った。

実施例１１、参考例４、比較例８
ＰＡ６Ｔ樹脂の代わりにＰＡ６６（ポリ（ヘキサメチレンアジパミド））樹脂（融点：約２４０℃）を使用した以外は、実施例１または比較例１と同様にコンパウンド及びボンド磁石を作製し、評価を行った。その結果を表１に示す。

実施例１２、比較例９
磁石粉末を、等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石粉末（平均粒子径：７５μｍ）とした以外は、実施例１または比較例１と同様に、コンパウンド及びボンド磁石を作製し、評価を行った。その結果を表１に示す。

実施例１３、比較例１０
磁石粉末を、Ｍ型フェライト磁石粉末（主組成：Ｃａ_０．４５Ｌａ_０．４Ｓｒ_０．１５Ｂａ_{０．００１}Ｆｅ_９．４Ｃｏ_０．２５Ｏ_１９、ＳｉＯ_２＝０．６ｗｔ％含む、平均粒子径：１μｍ）とした以外は、実施例１または比較例１と同様にコンパウンド及びボンド磁石を作製し、評価を行った。その結果を表１に示す。

同じ磁石粉末含有量で比較すると、本発明に係るコンパウンド、すなわちＰＡ樹脂を含むコンパウンドにおいて、流動性の指標であるＭＶＲ値が向上している（実施例１、２と比較例３など）。これは磁石粉末がＰＡ樹脂に被覆されてＰＰＳ樹脂中に分散し、磁石粉末同士の接触による摩擦抵抗が大きく低減されたためである。比較例２では、磁石粉末をカップリング剤処理したにも係わらず流動性が低い。これは混練・成形中の熱によりカップリング剤が熱分解し、ＰＰＳ樹脂と磁石粉末の潤滑性向上効果が失われたためである。また、ＰＡ樹脂を含むことで、磁石粉末含有量が多くなっても、高流動性を維持することが出来る（実施例２・３）。
この流動性向上効果は、ＰＰＳ樹脂の種類が直鎖型であっても、架橋型であっても、両方の型が混合されていても、同様に確認出来た（実施例１・６・７）。すなわち、ＰＰＳ樹脂の種類に係わらず、コンパウンド中の磁石粉末が同様の状態になっていると考えられる。

このように本発明に係るコンパウンドは、コンパウンド中に摩擦抵抗が小さくなった磁石粉末がより均一に分散しているため、成形時において、金型中に磁石粉末と有機バインダーがムラなく充填される。そのため作製したボンド磁石の成形体密度が向上し、高い残留磁束密度が得られる。一方、比較例のＰＡ樹脂を含まないコンパウンドは、磁石粉末と有機バインダーが一体となって流動し難いため、流動性の高い有機バインダーが金型内に多く充填される。そのため作製したボンド磁石の成形体密度が向上せず、得られる残留磁束密度も低い。また、比較的低融点のＰＡ樹脂を多く含むコンパウンド（比較例７・８）は、成形時に高流動性のＰＡ樹脂が金型内に多く充填されてしまうため、作製したボンド磁石の成形体密度が向上せず、得られる残留磁束密度も低い。

比較例２のように、磁石粉末量が少なくＰＰＳ量が多い場合には、ＭＶＲ値自体は高いが、これは流動し易い樹脂成分と流動し難い磁石粉末が樹脂成分の溶融時に分離し易く、樹脂成分が多く流動した影響である。すなわち、成形時には樹脂成分が優先的に充填されてしまう。そのため、成形体密度が低下し、高い残留磁束密度、曲げ強度や荷重たわみ温度が得られない。
また、比較例３のように、磁石粉末量が多くＰＰＳ量が少ない場合、流動し易い樹脂成分自体が少なすぎてＭＶＲ値が大きく低下する。そのため、成形体を得ることが出来ないか、仮に成形出来たとしても、配向度低下による残留磁束密度の低下や密度バラツキによる強度低下の原因となる。

さらに、本発明に係るボンド磁石は、曲げ強度や荷重たわみ温度が優れている。これは、強度の低い磁石粉末同士の接触点が大きく低減され、磁石粉末がより均一に分散して密度バラツキが小さく、ＰＰＳ樹脂が全体を覆う形となっているため、機械的強度や耐熱性が向上したと考えられる。なお、本実施形態においては、曲げ強度もしくは荷重たわみ温度、いずれかの評価結果が「×」である場合に、比較例とした。

以上のように、本発明に係るボンド磁石用コンパウンドは、成形時の流動性・充填性が良好で、得られたボンド磁石は磁気特性、耐熱性や機械的強度に優れていることが明確である。

本発明に係るボンド磁石用コンパウンドは、高耐熱性が必要な箇所に使用することが可能で、成形時の流動性・充填性に優れている。本発明に係るボンド磁石用コンパウンドを使用することは、磁気特性、寸法精度や機械的強度に優れたボンド磁石に有用である。

１ 射出磁場成形装置
２ ホッパ
３ 押出機
４ 金型
５ ペレット
６ キャビティ
７ 磁石磁粉
８ ＰＡ樹脂
９ ＰＰＳ樹脂
１０ ボンド磁石

Claims (5)

1. ボンド磁石用コンパウンドであって、
   磁石粉末の含有比率が、７９〜９４．５ｗｔ％であり、
   ポリフェニレンスルフィド樹脂の含有比率が、７〜２０ｗｔ％であり、
   ポリアミド樹脂の含有比率が、０．１〜１．０ｗｔ％
   であることを特徴とする、ボンド磁石用コンパウンド。
2. 請求項１のボンド磁石用コンパウンドであって、
   磁石粉末が、ポリアミド樹脂に被覆されていることを特徴とする、
   ボンド磁石用コンパウンド。
3. 請求項１または請求項２のボンド磁石用コンパウンドであって、
   ポリアミド樹脂が、ジアミンとジカルボン酸の重縮合反応物
   であることを特徴とする、ボンド磁石用コンパウンド。
4. 請求項１乃至請求項３のボンド磁石用コンパウンドであって、
   ポリアミド樹脂が、その分子骨格中に芳香環を含むことを特徴とする、
   ボンド磁石用コンパウンド。
5. 磁石粉末の含有比率が、７９〜９４．５ｗｔ％であり、
   ポリフェニレンスルフィド樹脂の含有比率が、７〜２０ｗｔ％であり、
   ポリアミド樹脂の含有比率が、０．１〜１．０ｗｔ％
   であることを特徴とする、ボンド磁石。
   

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