JP5257614B2 - 希土類ボンド磁石 - Google Patents
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Description
しかしながら、常温より低い状態では低温減磁と呼ばれる現象が発生し、低温環境で使用する場合、所望のモータ特性(例えば、回転トルク)を得ることが困難となる。一方、希土類永久磁石は、低温での減磁が発生しないものの、磁化と保磁力の温度依存性が大きいため、高温になるほど磁化は減少する。さらに長時間にわたって高温にさらされると、磁化に経時変化がみられ、いわゆる熱減磁が発生する。
また、特許文献2には、樹脂バインダに有機リン化合物を選択的に混合し、結合樹脂中に酸化劣化を抑制する効果をもたせて耐蝕性、機械的強度に優れ、長期にわたって高い信頼性を維持するボンド磁石が提案されている。
さらにまた、特許文献5には、希土類元素を含む鉄系磁石粉の表面に均一な燐酸塩被膜を形成させ、その燐酸塩被膜の機能・形態を最適化することにより耐候性が優れることを特徴とする、ボンド磁石が提案されている。
特許文献1には、表面処理剤として有機ホスホン酸の塩を用いることが記載されており、空気中の水分によって有機ホスホン酸の塩が浸み出し、磁性粉を保護するとしている。この有機ホスホン酸の塩はキレート剤としての機能を有しており、金属表面を不動態傾向に促進させる働きがある。
しかしながら、ボンド磁石単体として酸化防止被膜を形成させるには有用であるが、回転機などで実際に使用する場合、空気中の水分によって有機ホスホン酸の塩が磁石外部へ浸み出す可能性が高い。染み出した有機ホスホン酸の塩は、他の部材、中でも金属材料に対してキレート能を発揮する場合、外部機器や部材への影響を避けられない問題が生ずる。
しかしながら、シリコーンゴム系バインダの添加量が、磁石粉末100重量部に対して10重量部から20重量部であり、高密度成形体を得ることが困難となる。その結果、所望の磁気特性が得られにくい問題が残る。
しかしながら、記載されるバインダが熱可塑性樹脂であり、熱硬化性樹脂などの使用による効果は確認されていない。また、ポリアミドなどといった熱可塑性樹脂の大半は、連続使用できる大気中の温度が100℃程度しかなく、より高い温度環境での連続使用は困難である。
以下、発明の態様を示し、それらについて説明する。なお、(1)項から(10)項が、請求項1から請求項10に対応する。
前記亜リン酸エステル類は炭化水素基を有し、該炭化水素基は1種又は2種以上の有機基を含む炭化水素基で炭素数3から18のアルキル基、アリール基であり、これらは直鎖状、分岐状、環状のいずれであっても良く、
前記カップリング剤は次の一般式(2)で表される、
(式中、R3、R4、R5は炭化水素基を有する1種又は2種以上の有機基で、MはSi、Al、TiまたはZrから選ばれるいずれかの元素である。R3、R4、R5が2種以上の有機基を含む場合、有機基は同一であっても異なっていても良い。nはMの結合手の数であって1から3の整数を示す。炭化水素基は、炭素数3から18のアルキル基、アリール基であり、これらは直鎖状、分岐状、環状のいずれであっても良い。)
であることを特徴とする希土類ボンド磁石。
本項は、本発明に係る第1実施形態の希土類ボンド磁石である。
(3)前記亜リン酸エステル類は、前記磁石粉末に対して0.01重量%から2重量%含有してなることを特徴とする(1)項又は(2)項に記載の希土類ボンド磁石。
(4)前記カップリング剤は、前記磁石粉末に対して0.01重量%から2重量%含有してなることを特徴とする(1)項から(3)項いずれか1項に記載の希土類ボンド磁石。
(5)前記コンパウンドにおける前記熱硬化性樹脂と前記亜リン酸エステル類と前記カップリング剤との合計が、0.6重量%から10重量%であることを特徴とする(1)項に記載の希土類ボンド磁石。
以上、(2)項から(5)項は、(1)項の構成要素(組成物)に関し、構成要素の重量%の範囲を例示するものである。
(式中、R3、R4)は炭化水素基を有する1種又は2種以上の有機基で、MはSi、Al、TiまたはZrから選ばれるいずれかの元素である。R3、R4が2種以上の有機基を含む場合、有機基は同一であっても異なっていても良い。nはMの結合手の数であって1から3の整数を示す。炭化水素基は、炭素数3から18のアルキル基、アリール基であり、これらは直鎖状、分岐状、環状のいずれであっても良い。)であることを特徴とする希土類ボンド磁石。
本項は、本発明に係る第2実施形態の希土類ボンド磁石である。
(8)前記亜リン酸エステル類は、前記磁石粉末に対して0.01重量%から2重量%含有してなることを特徴とする(6)項又は(7)項に記載の希土類ボンド磁石。
(9)前記カップリング剤は、前記磁石粉末に対して0.01重量%から2重量%含有してなることを特徴とする(6)項から(8)項いずれか1項に記載の希土類ボンド磁石。
(10)前記コンパウンドにおける前記熱硬化性樹脂と前記亜リン酸エステル類と前記カップリング剤との合計が、0.6重量%から10重量%であることを特徴とする(6)項に記載の希土類ボンド磁石。
以上、(7)項から(10)項は、(6)項の構成要素(組成物)の重量%の数値範囲をそれぞれ又は併せて例示するものである。
本項は、(1)項から(10)項のいずれか1項の希土類磁石粉末種を例示するものである。
<磁石材料の準備> 本実施形態において使用される希土類磁石粉末は、異方性磁界(HA)が4000MA/m以上であれば制限されない。例えば、Nd−Fe−B系合金、Sm−Co系合金、Sm−Fe−N系合金などの磁性粉末が挙げられる。該磁石粉末の製造方法は、特に限定されない。しかし、最終製品の小型化(代表的には小型モータへの利用)を鑑みて総合的な磁気特性(特に最大エネルギー積を大きくして小型化を図ること)を考慮すると、Nd−Fe−B系合金の磁性粉末を用いることがより好ましい。
磁石粉末の平均粒径は、特に限定されないが、500μm以下であることが好ましく、250μm以下であることがさらに好ましい。また、後述のような少量の結合樹脂で成形時の良好な成形性を得るために、磁石粉末の粒度分布は、例えば平均粒径が150μmの場合は、75μmから250μmといったように、ある程度、分散されているのが望ましい。
本実施形態において使用される亜リン酸エステル類は炭化水素基を有し、該炭化水素基が1種又は2種以上の有機基を含む場合、有機基は同一でも異なっていても良い。以下、特に断り書きのない限り、このような亜リン酸エステル類を「本発明に係る亜リン酸エステル類」あるいは単に「亜リン酸エステル類」という。
ここで、炭化水素基とは、炭素数2から18又は炭素数3から18のアルキル基、アリール基であり、これらは直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。本発明に係る亜リン酸エステル類に当てはまる化合物として、例えばジエチルハイドロゲンホスファイト、ジブチルハイドロゲンホスファイト、ジラウリルハイドロゲンホスファイト、ジフェニルハイドロゲンホスファイトなどを挙げることができる。
(式中、R3、R4、R5は炭化水素基を有する1種又は2種以上の有機基である。MはSi、Al、TiまたはZrから選ばれるいずれかの元素である。R3、R4、R5が2種以上の有機基を含む場合、有機基は同一でも異なっていても良い。nはMの結合手の数であって1から3の整数を示す。)ここで、炭化水素基とは、炭素数2から炭素数18のアルキル基、アリール基であり、これらは直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。
(式中、R3、R4は炭化水素基を有する1種又は2種以上の有機基である。MはSi、Al、TiまたはZrから選ばれるいずれかの元素である。R3、R4が2種以上の有機基を含む場合、有機基は同一でも異なっていても良い。nはMの結合手の数であって1から3の整数を示す。)
ここで、炭化水素基とは、炭素数2から18のアルキル基、アリール基であり、これらは直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。
また、前記コンパウンドの混合は、使用する熱硬化性樹脂が室温で固形(粉末状)である場合、有機溶剤によって混合することが望ましい。使用する有機溶剤は、前記の熱硬化性樹脂と、亜リン酸エステル類と、必要に応じて添加されるカップリング剤に対して、易溶性であれば、いずれのものでもよい。具体的には、アセトン、メチルエチルケトン、トルエン、キシレン等の有機溶剤を挙げることができる。コンパウンドの混合を有機溶剤によって行う場合、湿式状態において混合することができ、均一に混合が確認された後、添加した有機溶剤を揮発させることによって、コンパウンドにすることができる。有機溶剤の揮発は、室温から沸点(例えば、アセトンでは約56℃)の範囲で行うことが好ましく、さらに、使用する熱硬化性樹脂の硬化温度以下で行うことがより好ましい。
また、コンパウンドの混合に有機溶剤を用いる場合、使用する有機溶剤に、熱硬化性樹脂と、亜リン酸エステル類と、カップリング剤とを同時に溶解させても良い。
可塑剤の添加は、成形時の流動性を向上させるので、より少ない結合樹脂の添加量で同様の特性を得ることができ、また、より低い成形圧力で圧縮成形することができる。潤滑剤についても同様である。可塑剤の添加量は、0.01重量%から1.0重量%程度が好ましく、潤滑剤の添加量は、0.05重量%から0.5重量%程度であるのが望ましい。また、希土類磁石粉末と、熱硬化性樹脂と、亜リン酸エステル類と、カップリング剤等の添加剤とを混合した後に、添加することが好ましい。
実施例1−1、実施例1−2は第1実施形態に対応するものであり、これらの実施例は、本発明における希土類ボンド磁石であって、熱硬化性樹脂と、本発明に係る亜リン酸エステル類と、一般式(2)に示すカップリング剤とを添加してコンパウンドを作製し、コンパウンドを圧縮成形して加熱、硬化して製造される希土類ボンド磁石に関するものである。
なお、この段落の作製したコンパウンドから希土類ボンド磁石を作製する方法は、以下のすべての実施例及び比較例において同様に行われた。そのため、この方法を「圧縮プレス工程」と称し、以下、適宜該当部分の記載を省略する。
(耐熱性) 各実施例及び各比較例の耐熱性を確認するため、得られた円柱形状の希土類ボンド磁石を3.1MA/mのパルス磁界で着磁した後、高温の大気中(180℃)に120時間放置する、加熱試験を加速度的に行った。加熱試験後は、3.1MA/mのパルス磁界で再び着磁し、試験の前後における総磁束の減少率を測定した。
(磁気特性) 各実施例及び各比較例の、試験前の着磁と試験後の再着磁後における磁気特性の変化を調べるため、加熱試験させた円柱形状の希土類ボンド磁石を、BHカーブトレーサによって保磁力(HcJ)の値を測定し、その減少率を算出し、さらに角型比(Hk/HcJ)の変化について測定した。
(耐湿試験) 各実施例及び各比較例の耐候性を確認するため、得られた円柱形状の希土類ボンド磁石において、高温高湿(85℃、95%R.H.)の雰囲気に200時間放置する、耐湿試験を行った。評価は、目視による錆の確認と、磁石粉末の酸化に伴う質量増加率の差の確認と、に基づき、◎、○、×の3段階のうちから選択した。
実施例1−1及び実施例1−2では、希土類ボンド磁石を成形するコンパウンドに、本発明に係る亜リン酸エステル類と一般式(2)に準じた構造をもつカップリング剤を添加したことによって、永久減磁率、保磁力の減少率、角型比の減少率が少なく、耐熱性、耐久性が高い希土類ボンド磁石が得られたことが確認される。また、機械強度は、いずれもモータに使用するに十分な強さが得られており、耐候性も十分であることがわかった。
比較例1−5では、希土類ボンド磁石を成形するコンパウンドに一般式(2)に準じた構造ではないチタネートカップリング剤のみを添加したが、永久減磁率、保磁力の減少率、角型比の減少率が大きく、耐熱性、耐久性はきわめて低い。また、耐候性も著しく劣化しており、高温環境下で使用されるモータに応用することは不可能である。
実施例2−1、実施例2−2は第2実施形態に対応するものであり、これらの実施例は、本発明に係る希土類ボンド磁石であって、熱硬化性樹脂と、本発明に係る亜リン酸エステル類(第1実施形態と同じもの)と、一般式(4)に示すカップリング剤とを添加してコンパウンドを作製し、コンパウンドを圧縮成形して加熱、硬化して得たものである(以下、出発材料の磁石粉の磁気特性は表1に示すものと同じであるためその内容の記載を省略する)。
この作製したコンパウンドを用いて、「圧縮プレス工程」により希土類ボンド磁石を作製した。
この作製したコンパウンドを用いて、「圧縮プレス工程」により希土類ボンド磁石を作製した。
この作製したコンパウンドを用いて、「圧縮プレス工程」により希土類ボンド磁石を作製した。
この作製したコンパウンドを用いて、「圧縮プレス工程」により希土類ボンド磁石を作製した。
この作製したコンパウンドを用いて、「圧縮プレス工程」により希土類ボンド磁石を作製した。
この作製したコンパウンドを用いて、「圧縮プレス工程」により希土類ボンド磁石を作製した。
この作製したコンパウンドを用いて、「圧縮プレス工程」により希土類ボンド磁石を作製した。
この作製したコンパウンドを用いて、「圧縮プレス工程」により希土類ボンド磁石を作製した。
この作製したコンパウンドを用いて、「圧縮プレス工程」により希土類ボンド磁石を作製した。
第1実施形態に係る実施例1−1及び実施例1−2、並びに、比較例1−1から比較例1−7について行った内容と同一の(耐熱性)、(磁気特性)、(圧環強さ試験)及び(耐湿試験)を、この第2実施形態に係る実施例2−1及び実施例2−2、並びに、比較例2−1から比較例2−7についても行った。そのため当該評価内容の説明をここでは省略する。
比較例2−2では、希土類ボンド磁石を成形するコンパウンドに一般式(4)に準じた構造でないカップリング剤を添加したが、永久減磁率、保磁力の減少率が少ないものの、角型比の減少率が大きく、機械強度はきわめて低い結果となった。カップリング剤を多量に添加したことに伴い、機械強度が減少したものと推測する。また、耐湿試験では、磁石表面に錆が発生しており、耐候性が低い。
比較例2−4では、希土類ボンド磁石を成形するコンパウンドに本発明に係る亜燐酸エステル類のみを添加したが、保磁力の減少率、角型比の減少率が大きく、耐熱性、耐久性は低い。高温環境下で使用されるモータに応用することは不可能である。
比較例2−6では、一般式(4)に準じた構造でないチタネートカップリング剤をコンパウンドに添加したが、高永久減磁率、保磁力の減少率、角型比の減少率がきわめて大きく、耐熱性、耐久性はきわめて低い。また、耐湿試験においても磁石表面に錆が発生しており、耐候性が低い。
その効果を導く原因の詳細は判明しないが、磁粉表面が、5価の燐原子による亜燐酸エステル類の一部とエステル結合を含むカップリング剤とエポキシ樹脂との混合物によって被覆されることで、磁石表面とその近傍における酸素原子との接触を抑えることができるためと推測される。この耐熱性・耐候性の向上は、亜燐酸エステル類とエステル結合をもつカップリング剤のいずれかによって得られるものではなく、両者が混合された状態によって得られる。
Claims (10)
- 希土類磁石粉末と、熱硬化性樹脂からなる樹脂バインダと、亜リン酸エステル類と、カップリング剤と、を含むコンパウンドを作製し、該コンパウンドを圧縮成形して加熱、硬化してなる希土類ボンド磁石であって、
前記亜リン酸エステル類は炭化水素基を有し、該炭化水素基は1種又は2種以上の有機基を含む炭化水素基で炭素数3から18のアルキル基、アリール基であり、これらは直鎖状、分岐状、環状のいずれであっても良く、
前記カップリング剤は次の一般式で表される、
であることを特徴とする希土類ボンド磁石。 - 前記熱硬化性樹脂は、前記磁石粉末に対して0.5重量%から6重量%含有してなることを特徴とする請求項1項に記載の希土類ボンド磁石。
- 前記亜リン酸エステル類は、前記磁石粉末に対して0.01重量%から2重量%含有してなることを特徴とする請求項1又は2に記載の希土類ボンド磁石。
- 前記カップリング剤は、前記磁石粉末に対して0.01重量%から2重量%含有してなることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の希土類ボンド磁石。
- 前記コンパウンドにおける前記熱硬化性樹脂と前記亜リン酸エステル類と前記カップリング剤との合計が、0.6重量%から10重量%であることを特徴とする請求項1項に記載の希土類ボンド磁石
- 希土類磁石粉末と、熱硬化性樹脂からなる樹脂バインダと、亜リン酸エステル類と、カップリング剤と、を含むコンパウンドを作製し、該コンパウンドを圧縮成形して加熱、硬化してなる希土類ボンド磁石であって、
前記亜リン酸エステル類は炭化水素基を有し、該炭化水素基は1種又は2種以上の有機基を含む炭化水素基で炭素数3から18のアルキル基、アリール基であり、これらは直鎖状、分岐状、環状のいずれであっても良く、
前記カップリング剤は次の一般式で表される、
であることを特徴とする希土類ボンド磁石。 - 前記熱硬化性樹脂は、前記磁石粉末に対して0.5重量%から6重量%含有してなることを特徴とする請求項6に記載の希土類ボンド磁石。
- 前記亜リン酸エステル類は、前記磁石粉末に対して0.01重量%から2重量%含有してなることを特徴とする請求項6又は7に記載の希土類ボンド磁石。
- 前記カップリング剤は、前記磁石粉末に対して0.01重量%から2重量%含有してなることを特徴とする請求項6項から8のいずれか1項に記載の希土類ボンド磁石。
- 前記コンパウンドにおける前記熱硬化性樹脂と前記亜リン酸エステル類と前記カップリング剤との合計が、0.6重量%から10重量%であることを特徴とする請求項6に記載の希土類ボンド磁石。
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