JP6198633B2 - 希土類ボンド磁石の製造方法および希土類ボンド磁石 - Google Patents

Description

本発明は、希土類ボンド磁石の製造方法および希土類ボンド磁石に関する。

希土類系永久磁石は、優れた磁気特性を有することから、モータなどの回転機器を代表とした、一般家電製品や音響機器、医療機器、一般産業機器など、幅広い分野で応用されている。そのうち、粉末からなる希土類−鉄系磁石材料と結合を担う樹脂バインダーとの組み合わせからなる希土類ボンド磁石は、形状自由度が高い特徴を活かし、上記のような応用例において、小型化や高性能化などに貢献している。希土類ボンド磁石の成形プロセスは、圧縮成形、射出成形、押出成形などに分類される。中でも、熱硬化性樹脂を用いて圧縮成形プロセスによって作製される希土類ボンド磁石は、希土類ボンド磁石内部における希土類−鉄系磁石材料の含有量を多くすることができ、より高い磁気特性を発揮する希土類ボンド磁石を得ることができる。そして、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂が従来から広く使用されてきた。

熱硬化性エポキシ樹脂を用いた希土類ボンド磁石の製造方法として、特許文献１には、室温で固体のエポキシ樹脂を溶媒に完溶させてから液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系磁石材料と混合して混合物とし、該混合物を脱溶媒した後に、脱溶媒後の混合物を潜在性硬化剤と滑剤とともに乾式混合する希土類ボンド磁石の製造方法が開示されている。

特許文献１に開示されている希土類ボンド磁石の製造方法では、圧縮成形前の樹脂複合磁石材料状態で長期保存をしても磁気特性劣化が少なく、ポットライフの長い樹脂複合磁石材料が得られるとされている。

しかし、特許文献１に開示されている希土類ボンド磁石の製造方法では、潜在性硬化剤（ジシアンジアミド）が固体のエポキシ樹脂（分子量９００以上のビスフェノールＡジグリシジルエーテル）の表面にのみ付着しているため、圧縮成形後にエポキシ樹脂を熱硬化させても、エポキシ樹脂の３次元架橋が不均一になり、希土類ボンド磁石とした際に強度のばらつきが発生してしまう問題がある。

また、潜在性硬化剤（ジシアンジアミド）を均一に混合させるためにメチルエチルケトンなどの溶媒に熱硬化性エポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）と潜在性硬化剤（ジシアンジアミド）とを溶解し、希土類磁石粉末と混合した後に溶媒を加熱蒸発させた場合には、溶媒を蒸発させる際の加熱により、熱硬化性エポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）への潜在性硬化剤（ジシアンジアミド）による架橋反応が始まってしまうため、得られた樹脂複合磁石材料を用いた希土類ボンド磁石は、本来エポキシ樹脂が有する強度を十分に得られない。さらに、樹脂複合磁石材料の状態で保存した場合には、熱硬化性エポキシ樹脂（ビスフェノールＡジグリシジルエーテル）への潜在性硬化剤（ジシアンジアミド）による架橋反応が進行してしまい、希土類ボンド磁石としたときの強度がさらに下がってしまう問題がある。

特開平１−２２０４１８号公報

このような実状のもとに本発明は創案されたものであり、その目的は、機械的強度に優れ、しかも製造工程における可使時間が長く、保存性、操作性に優れる配合形態を備える希土類ボンド磁石の製造方法および希土類ボンド磁石を提供することにある。

本発明の希土類ボンド磁石の製造方法は、希土類系磁石粉末と常温で固体の熱硬化性エポキシ樹脂と常温で固体の硬化剤と常温で固体の硬化促進剤とを含む樹脂複合磁石材料を圧縮成形した後に、前記熱硬化性エポキシ樹脂を硬化させてなる希土類ボンド磁石の製造方法であって、前記樹脂複合磁石材料は、前記熱硬化性エポキシ樹脂と前記硬化剤とを溶媒に溶解して溶液とし、該溶液と前記希土類系磁石粉末と前記硬化促進剤とを混合した後に、前記溶媒を揮発してなり、前記硬化促進剤の反応開始温度は、前記溶媒の沸点を超える温度であり、前記硬化促進剤は、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールであり、前記溶媒に不溶であることを特徴としている。

常温で固体の熱硬化性樹脂と常温で固体の硬化剤とを溶媒に溶解して溶液１とし、前記溶液１に前記溶媒の沸点よりも反応開始温度が高い常温で固体の硬化促進剤を混濁させて溶液２とし、前記溶液２に希土類磁石粉末を加えて混練した後に前記硬化促進剤の反応開始温度よりも低い温度で前記溶媒を蒸発させているため、樹脂複合磁石材料内の前記硬化促進剤は固体のまま前記熱硬化性樹脂と前記硬化剤との溶融物内に分散する。

また、硬化促進剤には反応開始温度以上の熱が加えられていないため、樹脂複合磁石材料の状態のまま常温で保管しても樹脂複合磁石材料内で熱硬化性樹脂が硬化促進剤により短時間で硬化してしまうことを抑えることができる。

本発明により、樹脂複合磁石材料の状態で長期保存しても圧環強度の低下を抑制することが可能な希土類ボンド磁石の製造方法および希土類ボンド磁石を提供することが可能となる。

本発明の希土類ボンド磁石の製造方法によれば、機械的強度に優れ、しかも製造工程における可使時間が長く、保存性、操作性に優れる配合形態を備えることができる。

保管時間による希土類ボンド磁石としての圧環強度を示すグラフである。

以下、本発明の希土類ボンド磁石の製造方法および希土類ボンド磁石について詳細に説明する。
本発明の希土類ボンド磁石の製造方法は、常温で固体の熱硬化性エポキシ樹脂と常温で固体の硬化剤とを溶媒に溶解して溶液１とし、前記溶液１に前記溶媒の沸点よりも反応開始温度が高く常温で固体である硬化促進剤を混濁させて溶液２とし、前記溶液２と希土類磁石粉末とを混練した後に、前記硬化促進剤の反応開始温度以下に加熱し前記溶媒を蒸発させることで樹脂複合磁石材料とし、前記樹脂複合磁石材料を圧縮成形した後に前記樹脂複合磁石材料に含まれる熱硬化性エポキシ樹脂を加熱硬化させる工程からなる。

このような本発明の希土類ボンド磁石の製造方法において、発明の要部である常温で固体の熱硬化性エポキシ樹脂と、常温で固体である硬化剤と、常温で固体である硬化促進剤と、溶媒について以下説明する。

本発明に用いる熱硬化性エポキシ樹脂は、常温で固体である熱硬化性エポキシ樹脂が用いられる。常温で固体の熱硬化性エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂などが例示されるが、下記式（１）で示された構造式を有する特殊ノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。尚、式（１）に記載の符号Ｒ_１および符号Ｒ_２はＨまたはＣＨ_３であり、符号ｎ_１は１以上の自然数である。

本発明に用いる硬化剤は、常温で固体であり、前記熱硬化性樹脂とは常温で架橋反応を示さない硬化剤が用いられる。エポキシ樹脂を上記式（１）で示された構造式を有する特殊ノボラック型エポキシ樹脂とした場合は、下記式（２）で示された構造式を有するフェノール系硬化剤が好ましい。尚、式（２）に記載の符号ｎ_２は１以上の自然数である。換言すると、本発明には、常温で固体であり、且つ、常温で架橋反応を示さない熱硬化性樹脂と硬化剤とが用いられる。

本発明に用いる硬化促進剤は、常温で固体であることと、後述する溶媒に不溶である硬化促進剤が用いられる。これらの条件を満たす硬化促進剤として、下記式（３）で示された構造式を有する２−フェニル４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールが好ましい。ここで、２−フェニル４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールの反応開始温度は１４６℃である。

本発明に用いる溶媒は、前記常温で固体の熱硬化性エポキシ樹脂を溶解することが可能で、前記硬化促進剤の反応開始温度よりも低い沸点である溶媒が用いられる。溶媒としては、メチルアルコール（沸点６４．７℃）、トルエン（沸点１１０．６℃）、メチルエチルケトン（沸点７９．６４℃）、Ｎ‘Ｎ−ジホルムアミド（沸点１５３℃）、エチレングリコールモノエーテル（沸点１２４．１℃）などが例示されるが、硬化促進剤として２−フェニル４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールを用いた場合は、その反応開始温度よりも沸点が低い溶媒としてメチルエチルケトンが好ましい。

熱硬化性エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤とを常温で固体であるとした理由として、熱硬化性エポキシ樹脂または硬化剤または硬化促進剤が常温で液状であった場合は、樹脂複合磁石材料とした際に樹脂複合磁石材料の流動性が悪くなり、圧縮成形法で薄肉の希土類ボンド磁石を成形する際には、成形金型に樹脂複合磁石材料を充填することが困難となってしまうためである。熱硬化性エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤とを常温で固体とすることで、圧縮成形法に好適な流動性の高い樹脂複合磁石材料とすることが出来る。また、熱硬化性樹脂と硬化剤とは常温での硬化反応が殆ど進まない組合せであるものが好ましく、硬化促進剤は、前記常温での硬化反応が殆ど進まない熱硬化性樹脂と硬化剤との組み合わせに対し、加熱により短時間で硬化反応を進行させる機能を有するものが好ましい。

また、本発明においては上述した熱硬化性エポキシ樹脂と硬化剤と硬化促進剤の他に、滑剤、分散剤などの添加剤を用いることができる。樹脂複合磁石材料とした際に良好な流動性とするため、添加剤についても常温で固体であることが好ましい。

＜樹脂複合磁石材料の製造手順＞
（実施例）
常温で固体の熱硬化性エポキシ樹脂として下記式（１）に示す特殊ノボラック型エポキシ樹脂と、常温で固体の硬化剤として下記式（２）に示すフェノール系硬化剤とをメチルエチルケトンで溶解して溶液１を得た。さらにメチルエチルケトンの沸点よりも反応開始温度が高い常温で固体の硬化促進剤として下記式（３）に示す２−フェニル４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールを前記溶液１に混濁して溶液２を得た。希土類系磁石粉末であるＲ−Ｆｅ−Ｂ系の等方性磁石粉末を前記溶液２に加えラボミルで１５分間混練した後に６０℃のオーブンで３０分間加熱し、前記メチルエチルケトンを蒸発させて実施例の樹脂複合磁石材料を得た。尚、式（１）に記載の符号Ｒ_１および符号Ｒ_２はＨまたはＣＨ_３であり、符号ｎ_１は１以上の自然数である。また、式（２）に記載の符号ｎ_２は１以上の自然数である。

（比較例）
硬化促進剤として下記式（４）に示す１−ベンジル−２−メチルイミダゾール（反応開始温度７７℃）を実施例と同じ溶液１に溶解して溶液３を得た。希土類系磁石粉末であるＲ−Ｆｅ−Ｂ系の等方性磁石粉末を前記溶液３に加えラボミルで１５分間混練した後に６０℃のオーブンで３０分間加熱し、メチルエチルケトンを蒸発させて比較例の樹脂複合磁石材料を得た。

＜樹脂複合磁石材料の評価＞
実施例および比較例の樹脂複合磁石材料を７０℃のオーブンで保管し、保管時間による希土類ボンド磁石としての圧環強度を評価した。尚、評価は実施例および比較例の樹脂複合磁石材料を外径８ｍｍ内径５．５ｍｍ長さ６ｍｍの円環状に圧縮成形した後に、２００℃１５分間加熱硬化させて希土類ボンド磁石とし、ＪＩＳ Ｚ２５０７に基づいて圧環強度の測定をした。結果を図１に示す。

製造直後の樹脂複合磁石材料を用いた希土類ボンド磁石では、実施例の圧環強度８５ＭＰａに対して比較例は７９ＭＰａであり、初期値から優位差が見られた。これは、比較例に用いた１−ベンジル−２−メチルイミダゾールが常温で液状であり、溶媒３とした際に熱硬化性エポキシ樹脂と溶解し、その後溶媒を蒸発させる際の加熱により硬化反応が進行しているためであると推察する。

外径８ｍｍ内径５．５ｍｍ長さ６ｍｍの円環状希土類ボンド磁石であれば５０ＭＰａ以上の圧環強度が求められる。５０ＭＰａ以上の圧環強度が得られるのは、比較例では１８時間だが、実施例においては４０時間である。尚、保管試験は７０℃の加速試験であるため、１０℃２倍速の加速と定義した場合、常温（３０℃）に対して比較例のポットライフは１８時間×８倍＝１４４時間（６日間）、実施例では４０時間×８倍＝３２０時間（およそ１３日間）となる。

Claims (3)

1. 希土類系磁石粉末と常温で固体の熱硬化性エポキシ樹脂と常温で固体の硬化剤と常温で固体の硬化促進剤とを含む樹脂複合磁石材料を圧縮成形した後に、前記熱硬化性エポキシ樹脂を硬化させてなる希土類ボンド磁石の製造方法であって、
   前記樹脂複合磁石材料は、前記熱硬化性エポキシ樹脂と前記硬化剤とを溶媒に溶解して溶液とし、該溶液と前記希土類系磁石粉末と前記硬化促進剤とを混合した後に、前記溶媒を揮発してなり、
   前記硬化促進剤の反応開始温度は、前記溶媒の沸点を超える温度であり、
   前記硬化促進剤は、２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールであり、前記溶媒に不溶であることを特徴とする希土類ボンド磁石の製造方法。
2. 前記熱硬化性エポキシ樹脂は、下記式（１）で示す特殊ノボラック型エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の希土類ボンド磁石の製造方法。
   

   
3. 前記溶媒は、メチルエチルケトンであることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の希土類ボンド磁石の製造方法。

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