JP6963230B2 - Liquid magnet and liquid magnet manufacturing method - Google Patents
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本発明は、液体磁石および液体磁石製造方法に関する。 The present invention relates to a liquid magnet and a method for manufacturing a liquid magnet.
任意の形状に加工できる磁石として、例えば、ボンド磁石がある。ボンド磁石は、磁性粉末を混合した樹脂を硬化させて加工したものであるため、加工自由度が高い。しかしながら、ボンド磁石は、加工後に形状を変化させることが困難である。 As a magnet that can be processed into an arbitrary shape, for example, there is a bond magnet. Since the bond magnet is processed by curing a resin mixed with magnetic powder, it has a high degree of freedom in processing. However, it is difficult to change the shape of the bonded magnet after processing.
加工後に形状を変化させることができる磁石としては、例えば、特許文献１に記載の磁気粘弾性体がある。磁気粘弾性体は、シリコーンゲル中に磁性微粒子を分散させて着磁させたものであるため、加工後（着磁後）に容易に形状を変化させることができる。 As a magnet whose shape can be changed after processing, for example, there is a magnetic viscoelastic body described in Patent Document 1. Since the magnetic viscoelastic body is formed by dispersing magnetic fine particles in a silicone gel and magnetizing it, the shape can be easily changed after processing (after magnetizing).
しかしながら、上記従来の磁気粘弾性体は、弾性的性質が強く、流動性を有していない。このため、上記従来の磁気粘弾性体は、磁石としての用途が限定的である。 However, the conventional magnetic viscoelastic body has strong elastic properties and does not have fluidity. Therefore, the above-mentioned conventional magnetic viscoelastic body has limited use as a magnet.
なお、流動性を有するものとして磁性流体が知られているが、磁性流体は、磁場が与えられたとき（例えば、磁石を近づけたとき）にのみ磁石として機能し、磁場が与えられていないとき（例えば、磁石を遠ざけたとき）には磁石として機能せず、ただの流体になる。したがって、本明細書では、磁性流体は磁石に含めない。 A magnetic fluid is known to have fluidity, but the magnetic fluid functions as a magnet only when a magnetic field is applied (for example, when a magnet is brought close to the magnet), and when a magnetic field is not applied. It does not function as a magnet (for example, when the magnet is moved away), but becomes just a fluid. Therefore, ferrofluids are not included in magnets herein.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、流動性を有する磁石およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a magnet having fluidity and a method for manufacturing the same.
上記課題を解決するために、本発明に係る液体磁石は、
磁化された磁性粉末と、
前記磁性粉末を物理的または化学的に保持する溶媒と、を備え、
前記磁性粉末が前記溶媒中に分散されており、
流動性を有し、かつ磁場の有無にかかわらず磁石として機能する
ことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the liquid magnet according to the present invention is
Magnetized magnetic powder and
A solvent that physically or chemically holds the magnetic powder.
The magnetic powder is dispersed in the solvent,
It is characterized by having fluidity and functioning as a magnet regardless of the presence or absence of a magnetic field.
上記液体磁石において、例えば、
前記磁性粉末は、ネオジム粉末である。
In the above liquid magnet, for example
The magnetic powder is neodymium powder.
上記液体磁石において、例えば、
前記溶媒は、ポリマーネットワークによって前記磁性粉末を保持する高分子溶液であり、
前記高分子溶液は、水ベースの場合は高分子が親水性官能基を有する一方、オイルベースの場合は高分子が疎水性官能基を有する。
In the above liquid magnet, for example
The solvent is a polymer solution that holds the magnetic powder by a polymer network.
In the polymer solution, the polymer has a hydrophilic functional group when it is water-based, while the polymer has a hydrophobic functional group when it is oil-based.
上記課題を解決するために、本発明に係る液体磁石製造方法は、
１０μｍ以下の平均粒径を有する磁性粉末を、前記磁性粉末を物理的または化学的に保持する溶媒に分散させる分散工程と、
前記磁性粉末が分散された前記溶媒に、磁場を印加して前記磁性粉末を磁化させる着磁工程と、を含む
ことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the liquid magnet manufacturing method according to the present invention is used.
A dispersion step of dispersing a magnetic powder having an average particle size of 10 μm or less in a solvent that physically or chemically holds the magnetic powder.
It is characterized by including a magnetizing step of applying a magnetic field to the solvent in which the magnetic powder is dispersed to magnetize the magnetic powder.
上記液体磁石製造方法は、
前記分散工程の前に、磁性材料を微細加工して前記磁性粉末を作製する加工工程を含む
ように構成できる。
The above liquid magnet manufacturing method is
Prior to the dispersion step, a processing step of finely processing the magnetic material to produce the magnetic powder can be included.
上記液体磁石製造方法において、例えば、
前記磁性粉末は、ネオジム粉末である。
In the above liquid magnet manufacturing method, for example,
The magnetic powder is neodymium powder.
上記液体磁石製造方法において、例えば、
前記溶媒は、ポリマーネットワークによって前記磁性粉末を保持する高分子溶液であり、
前記高分子溶液は、水ベースの場合は高分子が親水性官能基を有する一方、オイルベースの場合は高分子が疎水性官能基を有する。
In the above liquid magnet manufacturing method, for example,
The solvent is a polymer solution that holds the magnetic powder by a polymer network.
In the polymer solution, the polymer has a hydrophilic functional group when it is water-based, while the polymer has a hydrophobic functional group when it is oil-based.
本発明によれば、流動性を有する磁石およびその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a magnet having fluidity and a method for producing the same.
以下、添付図面を参照して、本発明に係る液体磁石および液体磁石製造方法の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the liquid magnet and the liquid magnet manufacturing method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
（液体磁石）
図１に、本実施形態に係る液体磁石を示す。本実施形態に係る液体磁石は、磁化された磁性粉末と、磁性粉末を物理的または化学的に保持する溶媒と、を備える。なお、図１では、液体磁石を容器に入れている。
(Liquid magnet)
FIG. 1 shows a liquid magnet according to this embodiment. The liquid magnet according to the present embodiment includes a magnetized magnetic powder and a solvent that physically or chemically holds the magnetic powder. In FIG. 1, a liquid magnet is placed in a container.
溶媒は、高分子溶液（例えば、ポリアクリルアミド水溶液）である。高分子溶液中に分散された磁性粉末は、高分子溶液のポリマーネットワークによって物理的に保持されるため、時間がたっても非常に沈降しにくく、磁性粉末同士が非常に凝集しにくい。高分子溶液における高分子の濃度（例えば、ポリアクリルアミドの濃度）は、２００００〜３５０００ｐｐｍ、好ましくは２５０００〜３５０００ｐｐｍである。 The solvent is a polymer solution (eg, an aqueous polyacrylamide solution). Since the magnetic powder dispersed in the polymer solution is physically held by the polymer network of the polymer solution, it is very difficult to settle over time, and the magnetic powders are very difficult to aggregate with each other. The concentration of the polymer in the polymer solution (for example, the concentration of polyacrylamide) is 20000 to 35000 ppm, preferably 2500 to 35000 ppm.
磁性粉末は、ネオジム粉末からなる。磁性粉末は、平均粒径が１０μｍ以下、好ましくは５〜１０μｍになるように微細加工されたものである。溶媒に対する磁性粉末の比率は、例えば、３０〜８５重量％、好ましくは４０〜７０重量％である。また、磁性粉末は、高分子溶液に分散された状態で磁化される。 The magnetic powder consists of neodymium powder. The magnetic powder is finely processed so that the average particle size is 10 μm or less, preferably 5 to 10 μm. The ratio of the magnetic powder to the solvent is, for example, 30 to 85% by weight, preferably 40 to 70% by weight. Further, the magnetic powder is magnetized in a state of being dispersed in a polymer solution.
本実施形態に係る液体磁石は、流動性を有し、かつ磁場の有無にかかわらず磁石として機能する。したがって、本実施形態に係る液体磁石は、様々な用途が期待できる。例えば、３Ｄプリンターなどのノズルから液体磁石を噴出させることにより、任意の三次元構造を有する磁気回路（磁石構造体）を作成することができる。また、ファラデーの電磁誘導の法則に従い、コイル内に保持された液体磁石に振動等の力を加えることにより、発電することが可能なエネルギーハーベストとして使用することができる。また、磁性体により構成される金属（例えば、鉄やニッケル）同士の接着剤として使用することができる。 The liquid magnet according to the present embodiment has fluidity and functions as a magnet regardless of the presence or absence of a magnetic field. Therefore, the liquid magnet according to this embodiment can be expected to have various uses. For example, a magnetic circuit (magnet structure) having an arbitrary three-dimensional structure can be created by ejecting a liquid magnet from a nozzle of a 3D printer or the like. Further, according to Faraday's law of electromagnetic induction, it can be used as an energy harvesting capable of generating electricity by applying a force such as vibration to a liquid magnet held in a coil. Further, it can be used as an adhesive between metals composed of magnetic materials (for example, iron and nickel).
（液体磁石製造方法）
次に、本実施形態に係る液体磁石製造方法について説明する。本実施形態に係る液体磁石製造方法は、上記液体磁石の製造方法である。
(Liquid magnet manufacturing method)
Next, the liquid magnet manufacturing method according to the present embodiment will be described. The liquid magnet manufacturing method according to the present embodiment is the above-mentioned liquid magnet manufacturing method.
本実施形態に係る液体磁石製造方法は、加工工程と、加工工程の後に行う分散工程と、分散工程の後に行う着磁工程と、を含む。 The liquid magnet manufacturing method according to the present embodiment includes a processing step, a dispersion step performed after the processing step, and a magnetizing step performed after the dispersion step.
加工工程では、磁性材料を微細加工して、１０μｍ以下の平均粒径を有する磁性粉末を作製する。本実施形態では、磁性材料としてネオジム（Ｎｄ）を主成分としたＭａｇｎｅｑｕｅｎｃｈ社製の「ＭＱＰ−Ｂ−２００５２−０７０」（ＮｄＦｅＢ粉）を使用し、当該磁性材料を、ボールミル装置によって平均粒径が１０μｍ以下になるように微細加工する。 In the processing step, the magnetic material is microfabricated to produce a magnetic powder having an average particle size of 10 μm or less. In the present embodiment, "MQP-B-20052-070" (NdFeB powder) manufactured by Magnequench, which contains neodymium (Nd) as a main component, is used as the magnetic material, and the magnetic material is subjected to an average particle size by a ball mill device. Finely process to 10 μm or less.
分散工程では、加工工程で作製したネオジム粉末を溶媒（ポリアクリルアミド水溶液）に分散させる。本実施形態では、ネオジム粉末とポリアクリルアミド水溶液とを適当な容器に投入し、当該容器をアズワン社製の真空脱泡装置「ＶＤ−ＶＬＨ」内に配置し、ＵＬＶＡＣ社製の真空ポンプ「Ｇ−５０ＳＡ」で真空引きを行いながら容器内のネオジム粉末およびポリアクリルアミド水溶液を真空脱泡攪拌する。 In the dispersion step, the neodymium powder produced in the processing step is dispersed in a solvent (polyacrylamide aqueous solution). In the present embodiment, neodymium powder and a polyacrylamide aqueous solution are put into an appropriate container, the container is placed in a vacuum defoaming device "VD-VLH" manufactured by AS ONE, and a vacuum pump "G-" manufactured by ULVAC is placed. The neodymium powder and the polyacrylamide aqueous solution in the container are vacuum defoamed and stirred while vacuuming at "50SA".
本実施例では、ポリアクリルアミド水溶液に対するネオジム粉末の比率を６０重量％とし、真空脱泡攪拌の時間を５分間とする。この５分間の真空脱泡攪拌により、ネオジム粉末は、ポリアクリルアミド水溶液中に均一に分散した状態となる。 In this example, the ratio of neodymium powder to the aqueous polyacrylamide solution is 60% by weight, and the time for vacuum defoaming and stirring is 5 minutes. By vacuum defoaming and stirring for 5 minutes, the neodymium powder is uniformly dispersed in the aqueous polyacrylamide solution.
着磁工程では、分散工程で得られた液体（磁性粉末が分散された溶媒）にパルス状の高磁場（パルス磁場）を印加する。本実施例では、東英工業社製のパルス励磁式磁気特性測定装置「ＴＰＭ−２−０８ｓ２５ＶＴ−Ｃ」を使用して６〜１０Ｔのパルス磁場を印加する。この装置は、磁性粉末が分散された溶媒を収容する試料室と、試料室を取り囲む超電導コイルと、超電導コイルに直列接続されたコンデンサおよびスイッチと、コンデンサを充電するための直流電源とを含む。スイッチを開けた状態でコンデンサを充電した後、スイッチを閉じると、コンデンサの放電電流が超電導コイルに一気に流れ、超電導コイルの周り、すなわち試料室に一様な高磁場が発生する。 In the magnetizing step, a pulsed high magnetic field (pulse magnetic field) is applied to the liquid (solvent in which the magnetic powder is dispersed) obtained in the dispersion step. In this embodiment, a pulse magnetic field of 6 to 10 T is applied using a pulse excitation type magnetic characteristic measuring device “TPM-2-08s25VT-C” manufactured by Toei Kogyo Co., Ltd. The apparatus includes a sample chamber containing a solvent in which magnetic powder is dispersed, a superconducting coil surrounding the sample chamber, a capacitor and a switch connected in series with the superconducting coil, and a DC power supply for charging the capacitor. When the capacitor is charged with the switch open and then closed, the discharge current of the capacitor flows through the superconducting coil at once, and a uniform high magnetic field is generated around the superconducting coil, that is, in the sample chamber.
パルス磁場を印加することで、ポリアクリルアミド水溶液中のネオジム粉末が磁化される。ネオジム粉末が磁化されることで、液体磁石が完成する。磁化されたネオジム粉末は、ポリアクリルアミド水溶液のポリマーネットワークによって物理的に保持されるため、時間がたっても沈降しない。 By applying a pulsed magnetic field, the neodymium powder in the polyacrylamide aqueous solution is magnetized. The neodymium powder is magnetized to complete the liquid magnet. The magnetized neodymium powder is physically retained by the polymer network of aqueous polyacrylamide solution and does not settle over time.
図２に、本実施形態に係る液体磁石製造方法によって製造した液体磁石の磁気特性を、上記パルス励磁式磁気特性測定装置で測定した結果を示す。このグラフは、液体磁石が磁石として機能していることを示している。 FIG. 2 shows the results of measuring the magnetic characteristics of the liquid magnet manufactured by the liquid magnet manufacturing method according to the present embodiment with the pulse excitation type magnetic characteristic measuring device. This graph shows that the liquid magnet functions as a magnet.
結局、本実施形態に係る液体磁石製造方法によれば、流動性を有し、かつ磁場の有無にかかわらず磁石として機能する液体磁石を製造することができる。 After all, according to the liquid magnet manufacturing method according to the present embodiment, it is possible to manufacture a liquid magnet that has fluidity and functions as a magnet regardless of the presence or absence of a magnetic field.
以上、本発明に係る液体磁石および液体磁石製造方法の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 Although the embodiment of the liquid magnet and the liquid magnet manufacturing method according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.
本発明の磁性粉末は、ネオジム粉末以外もの（例えば、ＳｍＦｅＮ粉末、ＳｍＣｏ粉末またはフェライト粉末）を使用することができる。磁性粉末の形状は、球状であってもよいし、麟片状や異形であってもよい。磁性粉末は、界面活性剤などの界面加工が施されていてもよいし、界面加工が施されていなくてもよい。また、リン酸などによる合処理が施されていてもよい（防錆処理）。 As the magnetic powder of the present invention, other than neodymium powder (for example, SmFeN powder, SmCo powder or ferrite powder) can be used. The shape of the magnetic powder may be spherical, fragmented or irregular. The magnetic powder may or may not be interfacially processed, such as a surfactant. In addition, a combined treatment with phosphoric acid or the like may be applied (rust prevention treatment).
本発明の溶媒は、ポリアクリルアミド水溶液以外の高分子溶液を使用することができる。例えば、アガロース水溶液、ポリエチレンオキサイド水溶液等を使用することができる。また、高分子溶液は、水ベースの場合（高分子溶液の溶媒が水を主成分とする場合）は高分子が親水性官能基を有するものを用いる一方、オイルベースの場合（高分子溶液の溶媒がオイルを主成分とする場合）は高分子が疎水性官能基を有するものを用いることが好ましい。 As the solvent of the present invention, a polymer solution other than the polyacrylamide aqueous solution can be used. For example, an agarose aqueous solution, a polyethylene oxide aqueous solution, or the like can be used. When the polymer solution is water-based (when the solvent of the polymer solution is mainly water), the polymer has a hydrophilic functional group, while when it is oil-based (when the solvent of the polymer solution is mainly water), the polymer solution is oil-based (the polymer solution). When the solvent is mainly composed of oil), it is preferable to use a polymer having a hydrophobic functional group.
また、本発明の溶媒は、磁性粉末を物理的または化学的に保持するものであれば、高分子溶液以外のものを使用することができる。例えば、絶縁油などの高粘度溶液や、溶融塩は、時間がたつと磁性粉末がごくわずかに沈降するが、沈降速度が遅いため（例えば、数年で１ｍｍ沈降する）、磁性粉末を保持しているといえる。すなわち、本発明の溶媒は、高粘度溶液や溶融塩も含む。 Further, as the solvent of the present invention, any solvent other than the polymer solution can be used as long as it physically or chemically retains the magnetic powder. For example, a high-viscosity solution such as insulating oil or a molten salt retains the magnetic powder because the magnetic powder settles very slightly over time, but the settling speed is slow (for example, it setstles 1 mm in a few years). It can be said that it is. That is, the solvent of the present invention also includes a high-viscosity solution and a molten salt.
本発明に係る液体磁石製造方法では、磁性材料の平均粒径が１０μｍ以下の場合、当該磁性材料を磁性粉末として扱うことができるため、加工工程を省略することができる。また、着磁工程において磁性粉末に印加する磁場は、パルス磁場には限定されない。 In the liquid magnet manufacturing method according to the present invention, when the average particle size of the magnetic material is 10 μm or less, the magnetic material can be treated as a magnetic powder, so that the processing step can be omitted. Further, the magnetic field applied to the magnetic powder in the magnetizing step is not limited to the pulse magnetic field.
Claims (2)
ポリマーネットワークによって前記ネオジム粉末を保持する高分子溶液であり、高分子の濃度が２００００〜３５０００ｐｐｍである前記高分子溶液と、を備え、
前記ネオジム粉末が前記高分子溶液中に分散されており、
流動性を有し、かつ磁場の有無にかかわらず磁石として機能し、
前記高分子はポリアクリルアミドであり、
前記ネオジム粉末はＮｄＦｅＢ粉である
ことを特徴とする液体磁石。 Magnetized neodymium powder and
It is a polymer solution that holds the neodymium powder by a polymer network, and includes the polymer solution having a polymer concentration of 20000 to 35,000 ppm.
The neodymium powder is dispersed in the polymer solution,
It has fluidity and functions as a magnet with or without a magnetic field.
The polymer is polyacrylamide,
The neodymium powder is a liquid magnet characterized by being NdFeB powder.
前記ネオジム粉末が分散された前記高分子溶液に、磁場を印加して前記ネオジム粉末を磁化させる着磁工程と、を含み、
前記高分子はポリアクリルアミドであり、
前記ネオジム粉末はＮｄＦｅＢ粉である
ことを特徴とする液体磁石製造方法。 A dispersion step of dispersing neodymium powder having an average particle size of 10 μm or less in the polymer solution which is a polymer solution holding the neodymium powder by a polymer network and having a polymer concentration of 20000 to 35,000 ppm.
The polymer solution the neodymium powder is dispersed, seen including a magnetizing step of magnetizing the neodymium powder by applying a magnetic field, and
The polymer is polyacrylamide,
A method for producing a liquid magnet, wherein the neodymium powder is NdFeB powder.
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