JP5359382B2 - 磁石成形体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態に係る磁石成形体は、磁石粉末と、前記磁石粉末よりも平均粒径の小さな磁性微粒子と、一体化した前記磁石粉末及び前記磁性微粒子を覆う絶縁皮膜とを含む。なかでも、前記磁性微粒子は、前記磁石粉末及び前記絶縁皮膜の間の少なくとも一部に存在する。
磁石粉末1は、永久磁石であって固体磁石である限り、特に制限されることはない。磁石粉末1の素材としては、例えば、磁鉄鉱(マグネタイト)、クロム鋼、高コバルト鋼、アルニコ、フェライト、希土類または希土類鉄などが挙げられる。このうち、強力な磁気特性が得られ、高性能の磁石が得られる観点からいえば、磁石粉末1は希土類磁石からなることが好ましい。なお、本明細書において、「希土類磁石からなる」とは、正確には「実質的に希土類磁石からなる」ことを意味する。換言すれば、本実施形態による磁石成形体の性能が有意に損なわれない範囲であれば、磁石粉末は希土類磁石以外の成分を含有してもよい。
磁性微粒子4は、比抵抗を向上させるという観点からいえば、原料用の磁石粉末であれば特に制限されない。しかし、磁性微粒子4が磁石粉末1と同一物質の粉砕物であると、不要且つ不利な化学反応による磁石粉末1の劣化を伴わないため、好ましいものとなる。ここで、前記「同一物質」についてさらにいえば、磁石粉末1と磁性微粒子4とが完全に同一の物質からなることも好ましい。しかし、100質量%の磁石粉末1に対して磁性微粒子4が、60質量%以上が同一であることが好ましい。なぜなら、かかる場合、不要且つ不利な化学反応による磁石粉末1の劣化を殆ど伴わないと言えるからである。そして、残りの成分が互いに異なっている場合でも、軟化点の調整、液相の創出、及び異方性磁界向上のために調整される成分であれば、本実施形態に却って有利な効果を与え得る。ここで、前記軟化点の調整のために調整される成分とは、例えばNd(の増大)である。前記液相の創出のために調整される成分とは、例えばDy、Nd、Co及びCuである。また、前記異方性磁界向上のために調整される成分とは、複数の単磁区粒子(ドメイン)の向きをほぼ一致させて磁場を向上させるような成分をいう。
図2Aは、本実施形態に係る磁石成形体を模式的に示す断面図である。また、図2Bは、図2Aに示された磁石成形体内に存在する界面近傍を模式的に示す断面図である。図2Aに示すように、磁石成形体10において、磁石粉末12及び磁性微粒子14を絶縁皮膜15が被覆している。図2A中、磁石成形体内に存在する界面(絶縁皮膜15)近傍を示す図2Bに示すように、磁石粉末12及び絶縁皮膜15の間の少なくとも一部に存在する磁性微粒子14と、絶縁皮膜15とから形成された反応層16が界面近傍に存在する。なお、反応層16については、後でより詳細に説明する。
図2Bにおいて、磁性微粒子14と絶縁皮膜15との重なり部分に対応する境界層17、及び前記重なり部分の一部に形成される反応層16が見られる。本実施形態における「反応層」とは、磁性微粒子14と絶縁皮膜15との間の反応により生じる層を意味する。なお、本明細書における境界層17とは、一の磁石粉末12と一体化した磁性微粒子14(の最内側)から、絶縁皮膜15を介して、他の磁石粉末12と一体化した磁性微粒子14(の最内側)までに存在する層を意味する。したがって、境界層17と反応層16とは一致せず、反応層16は境界層17の一部に該当する。
本発明の第2実施形態に係る磁石成形体の製造方法は、以下の工程を含むことを特徴とするものである。まず、第1の磁石粉末から磁性微粒子を得る工程である。次に、前記磁性微粒子、及び前記磁性微粒子よりも平均粒径の大きな第2の磁石粉末を一体化する工程である。次に、前記一体化した磁石粉末及び磁性微粒子を絶縁皮膜で被覆する工程である。次に、前記絶縁皮膜で被覆された粉末を加熱加圧成形して磁石成形体を得る工程である。ここで、前記磁性微粒子は、前記磁石成形体を得る工程の際、前記磁石粉末及び前記絶縁皮膜の間の少なくとも一部に存在する。
本発明の第3実施形態に係るモータは、上記第1実施形態の磁石成形体、または上記第2実施形態の製造方法により得られる磁石成形体を用いてなる。参考までに図4に、上記第1または第2の実施形態における磁石成形体が適用された集中巻の表面磁石型モータの1/4断面図を示す。図中、21はu相巻線、22はu相巻線、23はv相巻線、24はv相巻線、25はw相巻線、26はw相巻線、27はアルミケース、28はステータ、29は磁石、30はロータ鉄、31は軸である。第1または第2の実施形態における磁石成形体は、高い電気抵抗を有し、その上、保磁力などの磁石特性にも優れる。このため、第1または第2の実施形態における磁石成形体を用いて製造されたモータを利用すれば、モータの連続出力を高めることが容易に可能であり、特に大出力のモータとして好適といえる。また、第1または第2の実施形態における磁石成形体を用いたモータは、保磁力などの磁石特性が優れるために、製品の小型軽量化が図れる。
本発明の第4実施形態に係る電動駆動車両は、上記第3実施形態のモータを搭載してなる。第1または第2の実施形態における磁石成形体を用いたモータは、例えば、自動車用部品に適用した場合には、車体の軽量化に伴う燃費の向上が可能である。さらに、特に電気自動車やハイブリッド電気自動車の駆動用モータとしても有効である。これまではスペースの確保が困難であった場所にも駆動用モータを搭載することが可能となり、電気自動車やハイブリッド電気自動車の汎用化に大きな役割を果たすと考えられる。
希土類磁石として、HDDR法を用いて調製したNd−Fe−B系異方性磁石粉末を用いた。具体的な調製の手順は以下の通りである。
混合粉末10gに添加するジスプロシウム表面処理液を18mlとした以外は、実施例1と同様の操作をした。
実施例1に対して、磁石粉末と磁性微粒子の組成を変えた実験を行った。具体的には、実施例1の磁石粉末とは別に、磁性微粒子を得るために、「Nd:10.0%、Co:17.4%、B:6.5%、Ga:0.3%、Al:0.5%、Zr:0.1%、Dy:2.8%、Fe:残部」の成分組成を有する鋳塊から、実施例1と同様の手法で、磁石粉末を作製した。機械破壊を繰り返し、篩いで25μm以下の粒子を分級した。一方、実施例1で作製した平均粒径300μmの磁石粉末を分級し、粒径355μm以上のものを分級した。先に調製しておいた25μm以下の粒子1gと、355μm以上の粒子9gとを混合し、粗粒に微細粉末が吸着して球状化した原料粉末(第1の磁石成形前駆体)を得た。得られた粉末は、実施例1と同様の操作で、磁石成形体に加工した。篩いは、東京スクリーン社のステンレス製試験用ふるい(JIS Z 8801)を用いた。
実施例1において、乾式で研磨した以外は、同様の操作を行った。具体的に、180μm以上に分級した磁石粉末をAr気流中のグローブボックス内で内径φ55×60のSUS製ポットに挿入した。そのまま、ポットの蓋をして遊星ボールミル(フレッチェ製)にて300回転で2時間攪拌して、研磨した。このとき、ポットは気密性を得られるよう、Oリングとシールテープで、蓋からのリークが無いように注意した。
実施例1において、篩いのメッシュ径を125μmとした以外は、実施例1と同様の操作を行った。
実施例1において、篩いのメッシュ径を75μmとした以外は、実施例1と同様の操作を行った。
[実施例7]
実施例1の「Nd:12.6%、Co:17.4%、B:6.5%、Ga:0.3%、Al:0.5%、Zr:0.1%、Fe:残部」の組成を有する磁石粉末(i)とは別に、「Nd:13.5%、Co:17.4%、B:6.5%、Ga:0.3%、Al:0.5%、Zr:0.1%、Fe:残部」の成分組成を有する鋳塊から、実施例1と同様の手法で、磁石粉末(ii)を作製した。磁性粉末(i)と(ii)とを8:2の質量比で混合し、原料の磁性粉末として用いた。別途「Nd:12.0%、Co:17.4%、B:6.5%、Ga:0.3%、Al:0.5%、Zr:0.1%、Dy:3.5%、Fe:残部」の成分組成を有する鋳塊から、実施例1と同様の手法で磁石粉末にし、さらに機械破壊を繰り返し、篩いで25μm以下の粒子を分級した。また、磁石粉末を分級し、粒径300μm以上のものを分級した。先に調製しておいた25μm以下の磁性微粒子1gと、300μm以上の磁性粉末9gとを混合し、粗粒に微細粉末が吸着して球状化した原料粉末(第1の磁石成形前駆体)を得た。得られた粉末は、実施例1と同様の操作で、磁石成形体に加工した。
実施例1で用いた212μm以上の粒子20gを秤量し、さらに実施例3で作製した25μm以下の微細な粒子10gを混合した。そして、研磨砥石(チップトンSC−4)55gと共に、露点−80℃のAr気流中のグローブボックス内で内径φ55×60のSUS製ポットに挿入した。さらに、ヘキサンを30cc加え、挿入物全体を浸漬させた後、ポットの蓋をして遊星ボールミル(フレッチェ製)にて300回転で2時間攪拌して研磨した。このように、研磨する磁石粉末を代替し、さらに上述した点以外は、実施例1と同様の手法でバルク磁石を製造した。
実施例1において、研磨工程を省略した。さらに塗布量は、4倍の量の表面処理液を塗布した。それ以外は実施例1と同様の操作を行った。
研磨工程を省略し、分級のメッシュを150μmとした以外は、実施例1と同様の操作を行った。
研磨工程を省略し、分級のメッシュを125μmとした。塗布量は、2倍の量の表面処理液を塗布した。それ以外は実施例1と同様の操作を行った。
実施例1における研磨処理前の原料粉末を300μmのメッシュで分級し、絶縁皮膜を形成する表面処理を施さずに実施例1と同様の操作で磁石成形体を作製した。なお、比較例1では、研磨処理前の原料粉末をそのまま使用しており、球状化処理は行わなかった。
用いたメッシュを212μmとした以外は、比較例4と同様の操作を行った。
用いたメッシュを180μmとした以外は、比較例4と同様の操作を行った。
3 第1の磁石成形前駆体、
4 磁性微粒子、
10 磁石成形体、
12 磁石粉末、
14 磁性微粒子、
15 絶縁皮膜、
16 反応層、
17 境界層、
21 u相巻線、
22 u相巻線、
23 v相巻線、
24 v相巻線、
25 w相巻線、
26 w相巻線、
27 アルミケース、
28 ステータ、
29 磁石、
30 ロータ鉄、
31 軸。
Claims (13)
- 磁石粉末と、
前記磁石粉末よりも平均粒径の小さな磁性微粒子と、
一体化した前記磁石粉末及び前記磁性微粒子を覆う絶縁皮膜とを含み、
その際、前記磁性微粒子は、前記磁石粉末及び前記絶縁皮膜の間の少なくとも一部に存在し、
前記磁石粉末の平均粒径に対する前記磁性微粒子の平均粒径が1/10以下であり、
前記絶縁皮膜は、希土類酸化物、金属酸化物およびフッ化物よりなる群から選ばれてなり、少なくとも希土類酸化物を含むものであり、
前記磁性微粒子と前記絶縁皮膜とから形成された反応層を有する、磁石成形体。 - 前記磁性微粒子は、前記磁石粉末と同一物質の粉砕物である、請求項1に記載の磁石成形体。
- 前記磁石粉末は希土類磁石からなる、請求項1または2に記載の磁石成形体。
- 前記磁石粉末はNd2Fe14Bを主成分とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の磁石成形体。
- 前記絶縁皮膜はジスプロシウム及び/またはテルビウムの酸化物を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の磁石成形体。
- 前記絶縁皮膜は、希土類元素の有機錯体を熱分解して得られた酸化物を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の磁石成形体。
- 第1の磁石粉末から磁性微粒子を得る工程と、
前記磁性微粒子、及び前記磁性微粒子よりも平均粒径の大きな第2の磁石粉末を一体化する工程と、
前記一体化した磁石粉末及び磁性微粒子を絶縁皮膜で被覆する工程と、
前記絶縁皮膜で被覆された粉末を加熱加圧成形して磁石成形体を得る工程とを含み、
その際、前記磁性微粒子は、前記磁石粉末及び前記絶縁皮膜の間の少なくとも一部に存在し、
前記磁石粉末の平均粒径に対する前記磁性微粒子の平均粒径が1/10以下である、磁石成形体の製造方法。 - 前記磁石成形体を得る工程の際、前記磁石粉末及び前記絶縁皮膜の間の少なくとも一部に存在する磁性微粒子と前記絶縁皮膜とが接触する部分に反応層を形成させる、請求項7に記載の磁石成形体の製造方法。
- 前記磁性微粒子と磁石粉末とを一体化する工程は、前記磁性微粒子を前記磁石粉末に吸
着させることを特徴とする、請求項7または8に記載の磁石成形体の製造方法。 - 前記第1の磁石粉末から磁性微粒子を得る工程は、前記磁石粉末を表面研磨処理することによって磁性微粒子を得ることを特徴とする、請求項7〜9のいずれか1項に記載の磁石成形体の製造方法。
- 前記表面研磨処理は、ボールミルを用いることを特徴とする、請求項10に記載の磁石成形体の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の磁石成形体、または請求項7〜11のいずれか1項に記載の製造方法により製造されてなる磁石成形体を用いた、モータ。
- 請求項12に記載のモータを搭載した、電動駆動車両。
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