JP5267771B2 - ボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末及びその製造法、該マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末を用いた樹脂組成物、ボンド磁石並びにマグネットロール - Google Patents

Description

本発明は、磁気特性に優れ、機械的強度に優れると共に、保磁力ｉＨｃに優れたボンド磁石を得ることができるボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末及びその製造法に関するものであり、該マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末を用いたボンド磁石用樹脂組成物、ボンド磁石並びにマグネットロールに関する。

周知の通り、ボンド磁石は、焼結磁石に比べ、軽量で、寸法精度が良く、複雑な形状も容易に量産化できる等の利点があるため、玩具用、事務用具用、音響機器用等の各種用途に広く使用されている。

ボンド磁石に用いられる磁性粉末として、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系に代表される希土類磁石粉末やフェライト粒子粉末が知られている。希土類磁石粉末は高い磁気特性を有する反面、価格も高価であって、使用できる用途が制限されている。一方、フェライト粒子粉末は希土類磁石粉末に比べて磁気特性の面では劣っているが、安価であり化学的に安定であるため幅広い用途に用いられている。

ボンド磁石は、一般に、ゴム又はプラスチックス材料と磁性粉末とを混練した後、磁場中で成形するか、或いは機械的手段により成形することにより製造されている。

近年、各分野における用具や機器の小型化・軽量化に伴って、使用されるボンド磁石の高性能化とともに機械的強度に優れることが要求されている。

即ち、小型化された機器内のボンド磁石は過酷な条件で使用されることが多くなり、機械的な強度が要求される。例えば、コピー機、プリンター等では、マグネットロールが使用されているが、装置の長寿命化、及び、高速回転で用いられるため、機械的強度が高いことが強く要求されている。

そこで、ボンド磁石に用いるマグネトプランバイト型フェライト粒子粉末においても、前記要求を満たすことができるフェライト粒子粉末が要求されている。

これまで、ボンド磁石用フェライト粒子粉末について種々の改良が行われており、例えば、アルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物を融剤として用いてフェライト粒子粉末を製造する方法（特許文献１）、フェライト粒子粉末をアルカリ処理した後、カップリング剤で表面処理する方法（特許文献２）、フェライト仮焼粉末にＣａＯ及びＳｉＯ_２を添加し焼結してフェライト磁石を得る方法（特許文献３）、フェライト粒子粉末の粒度分布を制御する方法（特許文献４）等が知られている。

特開昭５５−１４５３０３号公報 特開平５−４１３１４号公報 特開平５−２７５２２１号公報 特開平４−２２４１１６号公報

前記要求を満たすボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末は現在、最も要求されているところであるが、前記要求を十分に満たすものは未だ得られていない。

即ち、前出特許文献１乃至４に記載されたフェライト粒子粉末を用いたボンド磁石は、機械的強度に優れているとは言い難いものである。

そこで、本発明は、機械的強度に優れたボンド磁石が得られるボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末を得ることを技術的課題とする。

前記技術的課題は、次の通り本発明によって達成できる。

即ち、本発明は、マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末のカルシウムの含有量が、Ｃａとして９００〜２５００ｍｇ／ｋｇ（０．０９〜０．２５重量％）であり、ｐＨが１０．５〜１２．５であり、平均粒径が１．０〜３．０μｍであることを特徴とするボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末である（本発明１）。

また、本発明は、原料粉末を配合・混合し、得られた原料混合粉末を大気中、９００〜１２５０℃の温度範囲で仮焼した後、粉砕、水洗処理し、次いで、大気中、７００〜１１００℃の温度範囲でアニール加熱処理するボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末材料の製造方法において、前記仮焼以降のいずれかの工程におけるマグネトプランバイト型フェライト粒子粉末に対して、Ｃａ化合物を前記フェライト粒子粉末に対して、１５００〜３００００ｍｇ／ｋｇ（０．１５〜３．００重量％）添加することを特徴とする請求項１記載のボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末材料の製造方法である（本発明２）。

また、本発明は、前記ボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末を用いた樹脂組成物である（本発明３）。

また、本発明は、前記ボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末を用いたボンド磁石である（本発明４）。

また、本発明は、前記ボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末を用いたマグネットロールである（本発明５）。

本発明に係るボンド磁石用フェライト粒子粉末は、カルシウムをＣａ換算で９００〜２５００ｍｇ／ｋｇ（０．０９〜０．２５重量％）含有しており、その一部若しくは全部はフェライト粒子に化学吸着または化学結合しており、有機バインダー及び／又はシランカップリング剤と相互作用する磁性粉末であり、ボンド磁石用磁性粉末として好適である。

本発明に係る樹脂組成物は、強度に優れた成形体が得られるので、ボンド磁石用として好適である。

本発明に係るマグネットロールは、機械的強度に優れるので、好適である。

以下、本発明を詳細に説明する。

先ず、本発明に係るボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末（以下、「フェライト粒子粉末」という。）について説明する。

本発明に係るフェライト粒子粉末の組成は、特に限定されるものではなく、Ｓｒ系フェライト粒子粉末、Ｂａ系フェライト粒子粉末のいずれでもよい。また、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｃｏ、Ｚｎ等の異種元素を含有してもよい。また、等方性、異方性フェライトのどちらを使用しても良いが、マグネットロールなどの成型体表面の磁力を大きくするためには異方性フェライトを使用することが好ましい。

本発明に係るフェライト粒子粉末のカルシウム含有量は、Ｃａ換算で９００〜２５００ｍｇ（０．０９〜０．２５重量％）である。Ｃａ存在量が９００ｍｇ／ｋｇ（０．０９重量％）未満の場合、樹脂との反応性が低いため、機械的強度に優れた成形体が得られない。２５００ｍｇ／ｋｇ（０．２５重量％）を越える場合には、樹脂との反応性が高くなり過ぎることで、機械的強度に優れた成形体が得られない。好ましくは９００〜２０００ｍｇ／ｋｇ（０．０９〜０．２０重量％）である。

本発明に係るフェライト粒子粉末の平均粒径は１．０〜３．０μｍである。平均粒径が１．０〜３．０μｍの範囲以外の場合には、ボンド磁石にする際に高充填ができなくなる為、高い磁気特性を有するボンド磁石を得ることが困難となる。より好ましくは１．０〜２．５μｍ、更により好ましくは１．０〜２．０μｍである。

本発明に係るフェライト粒子粉末の粉体ｐＨは１０．５〜１２．５である。フェライト粒子粉末の粉体ｐＨが前記範囲外の場合には、ボンド磁石にした際に、機械的強度に優れた成形体が得られない。より好ましくは１０．５〜１２．０である。

本発明に係るフェライト粒子粉末のＢＥＴ比表面積値は１．０〜３．０ｍ^２／ｇが好ましい。より好ましくは１．０〜２．５ｍ^２／ｇである。

本発明に係るフェライト粒子粉末の圧縮密度ＣＤは、３０００〜３５００ｋｇ／ｍ^３（３．００〜３．５０ｇ／ｃｍ^３）が好ましい。圧縮密度が３０００ｋｇ／ｍ^３（３．００ｇ／ｃｍ^３）未満の場合には、充填性が低下するため、高い磁気特性を有するボンド磁石が得られない。圧縮密度が３５００ｋｇ／ｍ^３（３．５０ｇ／ｃｍ^３）を超える場合には、磁気特性などに問題はないが工業的には安定生産が困難である。フェライト粒子粉末の圧縮密度はより好ましくは３１００〜３５００ｋｇ／ｍ^３（３．００〜３．５０ｇ／ｃｍ^３）であり、さらに好ましくは３２００〜３４５０ｋｇ／ｍ^３（３．００〜３．４５ｇ／ｃｍ^３）である。

本発明に係るフェライト粒子粉末の飽和磁化値σ_ｓは６５．０〜７３．０Ａｍ^２／ｋｇ（６５．０〜７３．０ｅｍｕ／ｇ）が好ましく、保磁力ｉＨｃは、１３５〜２７９ｋＡ／ｍ（１７００〜３５００Ｏｅ）が好ましい。

次に、本発明に係るフェライト粒子粉末の製造法について述べる。

本発明に係るフェライト粒子粉末は、所定の配合割合で原料粉末を配合・混合して、得られた原料混合粉末を大気中、９００〜１２５０℃の温度範囲で仮焼した後、粉砕、水洗処理し、次いで、大気中、７００〜１１００℃の温度範囲でアニール加熱処理する製造法において、Ｃａ化合物を１５００〜３００００ｍｇ／ｋｇ（０．１５〜３．００重量％）添加することにより得ることができる。尚、Ｃａ化合物の添加は仮焼工程以降であればどの工程で行ってもよい。

原料粉末としては、マグネトプランバイト型フェライトを形成する各種金属の酸化物粉末、水酸化物粉末、炭酸塩粉末、硝酸塩粉末、硫酸塩粉末、塩化物粉末等の中から適宜選択すればよい。なお、仮焼時における反応性の向上を考慮すれば、粒子径は２．０μｍ以下が好ましい。

Ｃａ化合物としては、Ｃａ（ＯＨ）_２、ＣａＯ、ＣａＣＯ_３など特に制限するものではないが、反応性に優れるＣａ（ＯＨ）_２、ＣａＯが好ましく、Ｃａ（ＯＨ）_２がより好ましい。

また、本発明においては、原料混合粉末に融剤を添加して仮焼することが好ましい。融剤としては、各種融剤を用いることができ、例えば、ＳｒＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ、ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ、ＭｇＣｌ_２、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＢａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ及びＮａ_２Ｂ_４Ｏ_７である。添加量は、原料混合粉末１００重量部に対してそれぞれ１〜１０重量部が好ましい。より好ましくは１〜８重量部である。

また、本発明においてはＢｉ_２Ｏ_３を原料混合粉末又は仮焼後の粉砕粉末に添加・混合してもよい。

なお、本発明においては、粒度分布制御の点から、大粒子と小粒子とを混合してもよい。

Ｃａ化合物の添加量は、フェライト粒子粉末に対して１５００〜３００００ｍｇ／ｋｇ（０．１５〜３．００重量％）である。Ｃａ添加量が１５００ｍｇ（０．１５重量％）未満の場合、得られるフェライト粒子粉末を使用した成形体は、樹脂との反応性が低いため、機械的強度が十分とは言い難い。３００００ｍｇ（３．００重量％）を越える場合には、樹脂との反応性が高くなり過ぎることで、機械的強度に優れた成形体が得られない。より好ましくは３０００〜２００００ｍｇ／ｋｇ（０．３０〜２．００重量％）である。

次に、本発明に係るフェライト粒子粉末を用いたボンド磁石用組成物について述べる。

本発明に係るボンド磁石組成物は、ボンド磁石用組成物中における前記フェライト粒子粉末の割合が７０〜９５重量部と有機バインダー成分およびシランカップリング剤成分を総量で５〜３０重量部になるように、混合混練したものである。

有機バインダーとしては従来のボンド磁石に使用されているものであれば特に制限はなく、ゴム、塩化ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂、エチレンーエチルアクリレート共重合樹脂、ＰＰＳ樹脂、ポリアミド（ナイロン）樹脂、ポリアミドエラストマー、重合脂肪酸系ポリアミド等から用途に応じて選択・使用できる。また、必要に応じてステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の公知の離型剤を添加することができる。

本発明に係るボンド磁石の残留磁束密度Ｂｒは２３０ｍＴ（２３００Ｇ）以上が好ましく、より好ましくは２３５ｍＴ（２３５０Ｇ）以上である。保磁力ｉＨｃは１１９〜２７９ｋＡ／ｍ（１５００〜３５００Ｏｅ）が好ましく、より好ましくは１２７〜２５９ｋＡ／ｍ（１６００〜３２５０Ｏｅ）である。最大エネルギー積ＢＨｍａｘは１０．３ｋＪ／ｍ^３（１．３０ＭＧＯｅ）以上が好ましく、より好ましくは１０．７ｋＪ／ｍ^３（１．３５ＭＧＯｅ）以上である。

次に、本発明に係るフェライト粒子粉末、樹脂バインダー、シランカップリング剤を用いたボンド磁石用組成物の製造法について述べる。

本発明に係るボンド磁石は、周知のボンド磁石の製造法によって得ることができ、例えば、本発明に係るフェライト粒子粉末と前記結合樹脂とを混合した後、混練押出機などを用いて溶融混練し、混練物を粒状、ペレット状に粉砕または切断することによって得られる。

次に、マグネットロールに関して記載する。

マグネットロールは、ボンド磁石用フェライト磁性粉と有機バインダー成分等を予め混合、および／または、それらを混合後に溶融混練まで実施してペレット状に粉砕または切断してボンド磁石組成物として、溶融状態で金型のキャビティーの磁場中に射出し、磁性粉を配向させる所謂磁場射出成型において周面上に複数の磁極を有する柱状の本体部と、この本体部の両端面に設けられた軸部とを一体して成型することによって得た。なお、成型体は直径１３．６ｍｍで長さが２２０ｍｍの胴体部と直径５ｍｍ（円心は直径１３．６ｍｍの胴体部と同一）の軸部を両端に有する一体成型したものである。

＜作用＞
本発明に係るフェライト粒子粉末がＣａを含有することで、該フェライト粒子粉末を含んだ成型体の機械的強度が優れることについては未だ明らかではないが、本発明者は次のように推定している。

本発明に係るボンド磁石用フェライト粒子粉末は、Ｃａを含有することで有機バインダー成分とシランカップリング剤の反応性が向上して、フェライト粒子粉末、有機バインダー及びシランカップリング剤の３成分の相溶性が相乗的に向上したため、フェライト粒子粉末及び有機バインダーが強固に結合したためと推定している。

本発明の代表的な実施の形態は次の通りである。

本発明に係るフェライト粒子粉末の平均粒径は、「粉体比表面積測定装置ＳＳ−１００」（島津製作所（株）製）を用いて測定した。

本発明に係るフェライト粒子粉末のＢＥＴ比表面積は、「４検体全自動比表面積測定装置４ソーブＵ２」（湯浅アイオニクス（株）製）を用いて測定した。

本発明に係るフェライト粒子粉末の圧縮密度には、粒子粉末を１ｔ／ｃｍ^２の圧力で圧縮したときの密度を採用した。

本発明に係るフェライト粒子粉末の粉体ｐＨは、ＪＩＳ Ｋ５１０１−１７−１に準拠して「ガラス電極式水素イオン濃度計Ｍ８Ｅ」（（株）堀場製作所製）を用いて測定した。

ボンド磁石組成物の成型密度は、ボンド磁石組成物を２５ｍｍφ、１０．５ｍｍの高さの金型内で溶融状態にして成型したコアを「電子比重計ＥＷ−１２０ＳＧ」（（株）安田精機製作所製）で測定して求めた。

ボンド磁石組成物の磁気特性（残留磁束密度Ｂｒ、保磁力ｉＨｃ、保磁力ｂＨｃ、最大エネルギー積ＢＨｍａｘ）は、ボンド磁石組成物を２５ｍｍφ、１０．５ｍｍの高さの金型内で溶融状態として、４ｋＯｅで磁場配向した後、「直流磁化特性自動記録装置３２５７」（横川北辰電気（株）製）を用いて１４ｋＯｅの磁界中で測定して求めた。

ボンド磁石組成物を用いた射出成型は、（株）日本製鋼所製の射出成形機１１０ＥＬＩＩ型を用いて、直径１３．６ｍｍで長さが２２０ｍｍの胴体部と直径５ｍｍ（円心は直径１３．６ｍｍの胴体部と同一）の軸部を両端に有する一体成型として、射出成型機内で胴体部にＳ１、Ｓ２、Ｎ１、Ｎ２のように４極に着磁した後、冷却してマグネットロールとして取り出した。
また、金型の設定温度は１００℃として、マグネットロール表面温度も１００℃近傍まで冷却した。

マグネットロールの機械的強度は、大気中で２４時間放置した後、マグネットロール本体部の３点曲げ強度をオートグラフＡＧ−Ｉシリーズ」（（株）島津製作所製）で測定して曲げ強度として求めた。

実施例１
＜フェライト粒子粉末の製造＞
粉末状のα−Ｆｅ_２Ｏ_３、ＳｒＣＯ_３を組成がＳｒＯ・ｎＦｅ_２Ｏ_３［ｎ＝６．３］となるように秤量して、湿式アトライターで３０分間混合した後、濾過、乾燥した（第一湿式混合粉砕工程）。
得られた混合粉末にＳｒＣｌ_２及びＮａ_２Ｂ_４Ｏ_７の混合水溶液を添加してよく混合した後、造粒した。このとき、ＳｒＣｌ_２及びＮａ_２Ｂ_４Ｏ_７の添加量は、上記原料混合粉末１００重量部に対してそれぞれ３重量部、０．５重量部とした。得られた造粒物を大気中１２００℃で２時間仮焼した（仮焼工程）。
得られた仮焼物を粗粉砕した後に、湿式アトライターで３０分間粉砕し、水洗、濾過、脱水した。その後、Ｃａ（ＯＨ）_２を添加し、湿式アトライターで５分間混合粉砕し、濾過、脱水した（第二湿式混合粉砕工程）。このとき、Ｃａ（ＯＨ）_２の添加量は、上記粗粉砕物１００重量部に対して０．５重量部とした。
その後、更に、振動ミルで３０分間粉砕した（乾式混合粉砕工程）。得られた粉砕物を大気中９００℃で１．５時間アニール加熱処理し（熱処理工程）、次いでヘンシェルミキサーにて１０分間均一混合した（均一混合工程）。

得られたフェライト粒子粉末の保磁力ｉＨｃは２１４．１ｋＡ／ｍ（２６９０Ｏｅ）であった。平均粒径Ｐｓは１．５７μｍであり、ＢＥＴ比表面積は１．３０ｍ^２／ｇであった。圧縮密度ＣＤは３４２０ｋｇ／ｍ^３（３．４２ｇ／ｃｍ^３）であった。ｐＨは１０．８であった。また、Ｃａ含有量は１０００ｍｇ／ｋｇ（０．１０ｗｔ％）であった。

実施例２〜５、比較例１〜４：
組成、仮焼時間、Ｃａ化合物の種類、添加量及び添加時期、粉砕時間などを種々変化させた以外は、前記実施例１と同様にしてフェライト粒子粉末を作成した。作成したフェライト粒子粉末の特性を表１に示す。

実施例６
＜ボンド磁石用組成物の製造＞
得られたフェライト粒子粉末を乾式混合機に２５０００ｇ入れ、シランカップリング剤をフェライトに対して０．６重量部添加して１時間均一になるまで混合し、さらに、６−ナイロン樹脂を２５０７ｇ投入した後、さらに１時間混合してボンド磁石用組成物用の混合物を用意した。

得られたボンド磁石組成物用の混合物を２軸の混練機に定量フィードして６−ナイロンが溶融する温度において混練して、混練物をストランド状にして取り出し２ｍｍφ×３ｍｍの大きさのペレット状に切断してボンド磁石用組成物を得た。

このボンド磁石の残留磁束密度Ｂｒは２９４ｍＴ（２９４０Ｇ）であり、保磁力ｉＨｃは２０８．５ｋＡ／ｍ（２６２０Ｏｅ）であり、最大エネルギー積ＢＨｍａｘは１６．７ｋＪ／ｍ^３（２．１０ＭＧＯｅ）であった。

＜マグネットロールの成形＞
得られたボンド磁石用樹脂組成物を１００℃で８時間乾燥した後、射出成型機においてボンド磁石用樹脂組成物を２９０℃で溶融し、射出時間１．８秒で１００℃に設定された金型に射出成形して、直径１３．６ｍｍで長さが２２０ｍｍの胴体部と直径５．０ｍｍ（軸心は直径１３．６ｍｍの胴体部と同一）の軸部を両端に有する一体成型マグネットロールを用意した。

得られた一体成型マグネットロールの曲げ強度は、７５２Ｎであった。

実施例７〜１０、比較例５〜８：
＜ボンド磁石用組成物の製造＞
各種フェライト粒子粉末と６−ナイロン樹脂、シランカップリング剤からなるボンド磁石用樹脂組成物を前記実施例６と同様にして作成した。

ボンド磁石用樹脂組成物の特性を表２に示す。

＜マグネットロールの成形＞
種々のボンド磁石用樹脂組成物を用いて、前記実施例６と同様にしてマグネットロールを作成した。マグネットロールの特性を表２に示す。

本発明に係るフェライト粒子粉末を用いて製造したボンド磁石は曲げ強度に優れるので、ボンド磁石、特にマグネットロール用のフェライト粒子粉末として好適である。

Claims (5)

1. マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末のカルシウムの含有量が、Ｃａとして９００〜２５００ｍｇ／ｋｇ（０．０９〜０．２５重量％）であり、ｐＨが１０．５〜１２．５であり、平均粒径が１．０〜３．０μｍであることを特徴とするボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末。
2. 原料粉末を配合・混合し、得られた原料混合粉末を大気中、９００〜１２５０℃の温度範囲で仮焼した後、粉砕、水洗処理し、次いで、大気中、７００〜１１００℃の温度範囲でアニール加熱処理するボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末材料の製造方法において、前記仮焼以降のいずれかの工程におけるマグネトプランバイト型フェライト粒子粉末に対して、Ｃａ化合物を前記フェライト粒子粉末に対して、１５００〜３００００ｍｇ／ｋｇ（０．１５〜３．００重量％）添加することを特徴とする請求項１記載のボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末材料の製造方法。
3. 請求項１記載のボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末を用いた樹脂組成物。
4. 請求項１記載のボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末を用いたボンド磁石。
5. 請求項１記載のボンド磁石用マグネトプランバイト型フェライト粒子粉末を用いたマグネットロール。