KR20000064262A - 희토류 본드 자석의 제조 방법 및 희토류 본드자석 - Google Patents

희토류 본드 자석의 제조 방법 및 희토류 본드자석 Download PDF

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야스카와 히데아키
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Abstract

본 발명의 희토류 본드 자석의 제조 방법에서는, 희토류 자석 분말, 결합 수지 및 산화 방지제 등을 포함하는 희토류 본드 자석용 조성물의 혼련물을 펠렛화하여 얻어지는 컴파운드(10)가 호퍼(91)내에 저장되고, 공급관(92)을 지나서 실린더(3) 내로 공급된다. 한편 유압 실린더(8)의 구동에 의해 피스톤(81)이 신장하여 하방으로 이동하면, 실린더(3) 내에 공급된 컴파운드(10)는 압축되어 실린더(3) 내에서 하방으로 서서히 이송된다. 실린더(3) 및 가열부(41)는, 히터(15)에 의해 가열되고, 이곳을 통과하는 컴파운드(10)는 가열되어 용융물(11)이 된다. 이 용융물(11)은 압출 금형(4)으로부터 수직 하향으로 연속적으로 압출되고, 선단부(43)를 통과할 때에 냉각 고화되어, 희토류 본드 자석의 성형체(12)가 얻어진다. 이로 인하여 압출 성형의 장점을 유지하면서, 보다 적은 결합 수지량으로, 성형성 및 자기 특성이 뛰어나고 치수 정밀도가 높은 희토류 본드 자석이 얻어진다.

Description

희토류 본드 자석의 제조 방법 및 희토류 본드 자석
희토류 본드 자석은 희토류 자석 분말과 결합 수지(유기 결합제)와의 혼합물 또는 혼련물(컴파운드)을 희망하는 자석 형상으로 성형하여 제조되는 것으로서, 이것의 성형 방법에는 압축 성형법, 사출 성형법 및 압출 성형법이 이용된다.
압축 성형법은 상기 컴파운드를 프레스 금형 내에 충전하고, 이것을 가압 압축하여 성형체(molded body)를 얻고, 그 다음에 결합 수지(binding resin)인 열 경화성 수지를 가열 경화시켜 자석을 제조하는 방법이다. 이 방법은 다른 방법에 비하여 결합 수지의 양이 적어도 성형이 가능하기 때문에, 얻어진 자석 내의 수지량이 적어서 자기 특성의 향상에 유리하지만 자석의 형상에 대한 자유도가 작고 또한 생산 효율이 낮은 결점이 있다.
사출 성형법은 상기 컴파운드를 가열 용융하여 충분한 유동성을 가지게 한 상태에서 해당 용융물을 금형내에 주입하여 소정의 자석 형상으로 성형하는 방법이다. 이 방법에서는 자석의 형상에 자유도가 크고, 특히 다른 형상의 자석도 용이하게 제조할 수 있는 이점이 있다. 그러나 성형시에 용융물은 높은 수준의 유동성이 필요하기 때문에, 결합 수지의 첨가량을 많이 할 필요가 있다. 따라서 얻어진 자석 내의 수지량이 많아서 자기 특성이 낮은 결점이 있다.
압출 성형법은 압출 성형기 내에 공급된 상기 컴파운드를 가열 용융하고, 이 컴파운드를 압출 성형기의 금형 내에서 냉각 고화한 후 압출하여, 얻어진 길이가 긴 성형체를 희망하는 길이로 절단하여, 자석으로 만드는 방법이다. 이 방법은 상기 압축 성형법의 이점과 상기 사출 성형법의 이점을 겸비한 방법이다. 즉 압출 성형법은 금형의 선택에 의해 자석의 형상을 어느 정도 자유롭게 설정할 수 있어서, 얇고 길이가 긴 자석도 용이하게 제조할 수 있으며, 동시에 용융물이 사출 성형과 같은 높은 수준의 유동성을 요구하지 않기 때문에, 결합 수지의 첨가량을 사출 성형법에 비하여 적게 할 수 있어 자기 특성의 향상에 기여하게 된다.
그런데 종래의 압출 성형법에서는 가열 실린더 내에 설치된 스크류가 회전하므로써 재료를 혼련하면서 송출하는 스크류식 압출 성형기가 사용되었다. 이 스크류식 압출 성형기에서는 상기 컴파운드를 연속적으로 또한 고속으로 압출할 수 있지만, 압출 압력이 비교적 낮으며(예를 들면, 200 내지 500kg/cm2정도), 이 때문에 이 압출 압력에 대응하기 위하여 성형기 내의 컴파운드의 점도를 어느 정도 낮게 유지할 필요가 있었다.
컴파운드의 점도를 낮추는 조건으로서는 재료 온도(금형 온도)를 높게 하는 것을 들 수 있지만, 이것에는 사용하는 결합 수지의 조성, 특성 등이나 자석 분말의 내열성, 내산화성과의 관계에서 제약을 받는 경우가 있다.
또한 컴파운드의 점도는 컴파운드 중의 결합 수지량이 많을수록 낮게 되지만, 결합 수지량을 많게 하므로써 상술한 바와 같이 얻어진 자석의 자기 특성이 저하하기 때문에, 압출 성형법의 이점을 충분히 살릴 수 없다.
또한 이러한 압출 성형법에서는 재료의 압출 방향이 수평 방향이기 때문에 성형체의 횡단면 방향으로 중력의 작용(전단 응력)을 받아 변형이 생기는 일이 있다.
특히 원주 또는 원통 모양의 희토류 본드 자석을 제조하는 경우에는 그 진원도(眞圓度)가 저하한다. 또한 강도가 약한 판상이나 박판 형상의 희토류 본드 자석의 제조에서는 중력의 작용에 의한 변형이 생기기 쉬워서, 이 경우에는 얻어진 자석의 치수 정밀도가 낮게 된다.
본 발명의 목적은 압출 성형의 이점을 살리면서 자기 특성 및 치수 정밀도가 뛰어난 희토류 본드 자석 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 희토류 본드 자석의 제조 방법 및 이 제조 방법으로 제조되는 희토류 본드 자석에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 희토류 본드 자석의 제조 방법에 사용되는 압출 성형기의 구성예를 도시한 측단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 램 압출 성형기 2: 지지대
3: 실린더 4: 압출 금형
41: 가열부 42: 단열부
43: 선단부 5: 히터
7: 냉각장치 8: 유압 실린더
81: 피스톤 82: 유압 구동 장치
9: 재료 공급 수단 91: 호퍼
92: 공급관 93: 바이브레이터
10: 컴파운드 11: 용융물
12: 성형체
(1) 희토류 자석 분말과 결합 수지를 포함하는 희토류 본드 자석용 조성물을 압출 성형기로 압출하여 희토류 본드 자석을 제조하는 희토류 본드 자석의 제조 방법에 있어서,
상기 압출 성형기에 의한 압출 방향은 대략 수직 방향인 것을 특징으로 한다.
(2) 상기 압출 성형기는 램 압출 성형기인 것이 바람직하다.
(3) 희토류 자석 분말과 결합 수지와 산화 방지제를 포함하는 희토류 본드 자석용 조성물을 압출 성형기로 압출하여 희토류 본드 자석을 제조하는 희토류 본드 자석의 제조 방법에 있어서,
상기 압출 성형기에 의한 압출 방향이 대략 수직 방향인 것을 특징으로 한다.
(4) 상기 압출 성형기는 램 압출 성형기인 것이 바람직하다.
(5) 상기 희토류 본드 자석용 조성물 중의 상기 결합 수지와 상기 산화 방지제와의 합계 함유량이 10.0 내지 22.4 vol%인 것이 바람직하다.
(6) 상기 희토류 본드 자석용 조성물 중의 상기 산화 방지제의 함유량이 1.0 내지 12.0 vol%인 것이 바람직하다.
(7) 상기 희토류 본드 자석용 조성물 중의 상기 희토류 자석 분말의 함유량이 77.6 내지 90.0 vol%이다.
(8) 희토류 자석 분말과 결합 수지를 포함하는 희토류 본드 자석을 제조하는 희토류 본드 자석의 제조 방법에 있어서,
희토류 자석 분말과 결합 수지를 혼합하여 희토류 본드 자석용 조성물을 얻는 공정과,
상기 희토류 본드 자석용 조성물을 세로형의 압출 성형기에 의해 대략 수직 방향으로 압출하여 압출 성형하는 공정과,
압출되어진 길이가 긴 물질을 절단하는 공정을 가지며,
상기 압출 성형시에 용융 또는 연화한 상기 결합 수지를 금형 내의 출구측에서 고화시키는 것을 특징으로 한다.
(9) 희토류 자석 분말과 결합 수지를 포함하는 희토류 본드 자석을 제조하는 희토류 본드 자석의 제조 방법에 있어서,
희토류 자석 분말과 결합 수지를 혼합하는 공정과,
얻어진 혼합물을 상기 결합 수지의 열 변형 온도 또는 연화 온도 이상의 온도에서 혼련하여 희토류 본드 자석용 조성물을 얻는 공정과,
얻어진 희토류 본드 자석용 조성물을 세로형의 압출 성형기에 의해 대략 수직 방향으로 압출하여 압출 성형하는 공정과,
압출되어진 길이가 긴 물질을 절단하는 공정을 가지며,
상기 압출 성형시에 용융 또는 연화한 상기 결합 수지를 금형 내의 출구측에서 고화시키는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
(10) 상기 희토류 본드 자석용 조성물은 혼련물의 작은 덩어리 또는 알맹이 모양의 물질인 것이 바람직하다.
(11) 상기 압출 성형기는 램 압출 성형기인 것이 바람직하다.
(12) 상기 희토류 자석 분말은 Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Co를 주로 하는 천이 금속을 기본 성분으로 하는 것이 바람직하다.
(13) 상기 희토류 자석 분말은 R(단, R은 Y를 포함하는 희토류 원소 중의 적어도 1종)과, Fe를 주로 하는 천이 금속과, B를 기본 성분으로 하는 것이 바람직하다.
(14) 상기 희토류 자석 분말은 Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Fe를 주로 하는 천이 금속과, N을 주로 하는 격자간 원소를 기본 성분으로 하는 것이 바람직하다.
(15) 상기 희토류 자석 분말은 상기 (12), (13) 및 (14)에 기재된 희토류 자석 분말 중의 적어도 2종을 혼합하는 것이 바람직하다.
(16) 압출 성형시의 압출 방향은 수직 하방인 것이 바람직하다.
(17) 상기 (1) 내지 (16)의 어느 것인가에 기재된 희토류 본드 자석의 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다.
(18) 공극율이 2 vol% 이하인 것이 바람직하다.
(19) 원주 또는 원통 모양을 이루고, 그 외경의 진원도(단, 진원도=(외경의 최대값-외경의 최소값)×1/2)가 5/100㎜ 이하인 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 희토류 본드 자석 및 희토류 본드 자석의 제조 방법에 관해서 상세하게 설명한다.
우선 본 발명의 희토류 본드 자석의 제조 방법에 관해서 설명한다. 본 발명의 희토류 본드 자석의 제조 방법은 희토류 본드 자석용 조성물을 제조하고, 이 희토류 본드 자석용 조성물을 세로형의 압출 성형기에 의해 대략 수직 방향으로 압출하여 희토류 본드 자석을 제조하는 것이다. 이하 제조 공정에 관해서 차례대로 설명한다.
[희토류 본드 자석용 조성물의 제조]
본 발명에 사용하는 희토류 본드 자석용 조성물은, 이하와 같은 희토류 자석 분말과, 결합 수지를 포함하고, 또한, 바람직하게는 이하와 같은 산화 방지제를 포함한다.
1. 희토류 자석 분말
희토류 자석 분말은 희토류 원소와 천이 금속을 포함하는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하고, 특히 다음 [1] 내지 [5]가 바람직하다.
[1] Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Co를 주로 하는 천이 금속을 기본 성분으로 하는 것(이하, Sm-Co계 합금이라고 한다).
[2] R(단, R은 Y를 포함하는 희토류 원소중 적어도 1종)과, Fe를 주로 하는 천이 금속과, B를 기본 성분으로 하는 것(이하, R-Fe-B계 합금이라고 한다).
[3] Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Fe를 주로 하는 천이 금속과, N을 주로 하는 격자간 원소를 기본 성분으로 하는 것(이하, Sm-Fe-N계 합금이라고 한다).
[4] R(단, R은 Y를 포함하는 희토류 원소중 적어도 1종)과 Fe 등의 천이 금속을 기본 성분으로 하고, 나노 미터 수준에서 자성상(磁性相)을 가지는 것(이하, 「나노 결정 자석」이라고 한다).
[5] 상기 [1] 내지 [4]의 조성들 중 적어도 2종을 혼합한 것. 이 경우에 혼합하는 각 자석 분말의 이점을 함께 가질 수 있어, 보다 뛰어난 자기 특성을 용이하게 얻을 수 있다.
Sm-Co계 합금의 대표적인 것으로서는 SmCO5, Sm2TM17(단, TM은 천이 금속)을 들 수 있다.
R-Fe-B계 합금의 대표적인 것으로서는 Nd-Fe-B계 합금, Pr-Fe-B계 합금, Nd-Pr-Fe-B계 합금, Ce-Nd-Fe-B계 합금, Ce-Pr-Nd-Fe-B계 합금과 이들에서 Fe의 일부를 Co, Ni 등의 기타의 천이 금속으로 치환한 것 등을 들 수 있다.
Sm-Fe-N계 합금의 대표적인 것으로서는 Sm2Fe17합금을 질화(窒化)하여 제작한 Sm2Fe17N3을 들 수 있다.
자석 분말에서 상기 희토류 원소로서는 Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, 미시 메탈(misch metal)을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다. 또한 상기 천이 금속으로서는 Fe, Co, Ni 등을 들 수 있고, 이들을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다. 또한 자기 특성을 향상시키기 위해서, 자석 분말 중에는 필요에 따라서 B, Al, Mo, Cu, Ga, Si, Ti, Ta, Zr, Hf, Ag, Zn 등을 함유할 수도 있다.
자석 분말의 평균 입자 직경은 특별히 한정되지는 않지만, 0.5 내지 50㎛ 정도가 바람직하고 1 내지 30㎛ 정도가 보다 바람직하다. 또한 자석 분말의 입자 직경은, 예를 들면 F.S.S.S.(Fischer Sub-Sieve Sizer) 법에 의해 측정할 수 있다.
또한 자석 분말의 입자 직경 분포는 균일하여도 좋고, 어느 정도 분산되어 있어도 좋지만, 소량의 결합 수지로 압출 성형시에 보다 양호한 성형성을 얻기 위해서 자석 분말의 입자 직경 분포는 어느 정도 분산되어 있는(격차가 있는) 것이 바람직하다. 이로 인하여 얻어진 본드 자석의 공극율을 보다 감소할 수 있다.
또한, 상기 [5]의 경우 혼합하는 자석 분말의 조성마다 그 평균 입자 직경이 달라도 무방하다.
자석 분말의 제조 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 용해·주조에 의해 합금 잉곳을 제작하고, 이 합금 잉곳을 적절한 입도(粒度)로 분쇄하여(또한 분급(分級)하여) 얻어진 것과, 비정질 합금을 제조하는 데 사용하는 급냉 박편 제조 장치로 리본 모양의 급냉 박편(미세한 다결정이 집합)을 제조하고, 이 박편(박대(薄帶))을 적절한 입도로 분쇄하여(또한 분급하여) 얻어진 것 등 어느 것이라도 좋다.
2. 결합 수지(결합제)
결합 수지로서는 열 가소성 수지, 열 경화성 수지의 어느 것이라도 좋지만, 열 가소성 수지가 보다 바람직하다. 일반적으로 결합 수지로서 열 경화성 수지를 사용한 경우에는 열 가소성 수지를 사용한 경우에 비해 자석의 공극율이 증대하기 쉽지만, 후술하는 것 같은 압출 방법으로 자석을 성형하므로써 자석의 공극율을 감소시킬 수 있다. 열 가소성 수지로서는, 예를 들면 폴리아미드(예: 나일론6, 나일론46, 나일론66, 나일론610, 나일론612, 나일론11, 나일론12, 나일론6-12, 나일론6-66), 열 가소성 폴리이미드, 방향족 폴리에스테르 등의 액정 중합체, 폴리페닐렌옥시드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 변성 폴리올레핀, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에테르, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 폴리아세탈 등, 또는 이들을 주로 하는 공중합체, 블렌드체, 중합체 합금 등을 들 수 있고, 이들 중의 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
이들 중에서도 성형성의 향상이 보다 현저하고, 또한 기계적 강도가 강한 점에서, 폴리아미드, 저열팽창율·내열성 향상의 점에서, 액정 중합체, 폴리페닐렌설파이드를 주로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이들의 열 가소성 수지는 자석 분말과의 혼련성에서도 우수하다.
이러한 열 가소성 수지는 그 종류와 공중합화 등에 의하여, 예를 들면 성형성을 중시한 것이나, 내열성, 기계적 강도를 중시한 것이라는 것과 같이, 광범위한 선택이 가능하다는 이점이 있다.
열 경화성 수지로서는, 예를 들면 에폭시 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지, 폴리에스테르(불포화 폴리에스테르) 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지 등을 들 수 있고, 이들 중의 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
이들 중에서도, 성형성의 향상이 보다 현저하고, 또한 기계적 강도가 강하고, 내열성이 뛰어나다고 하는 점에서, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 실리콘 수지가 바람직하고, 이 중에서 에폭시 수지가 특히 바람직하다. 또한 이들의 열 경화성 수지는, 자석 분말과의 혼련성, 혼련의 균일성에서도 우수하다.
또한 사용되는 열 경화성 수지(미경화(未硬化))는, 실온에서 액상이든지, 고형(분말상)의 것인지에 무방하다.
3. 산화 방지제
산화 방지제는 희토류 본드 자석용 조성물을 혼련할 때 등에, 희토류 자석 분말의 산화 열화나 결합 수지의 산화에 의한 변질(희토류 자석 분말의 금속 성분이 촉매로 작용하므로써 발생한다)을 방지하기 위해서 해당 조성물 중에 첨가되는 첨가제이다. 이 산화 방지제의 첨가는 희토류 자석 분말의 산화를 방지하여, 자석의 자기 특성의 향상을 도모하는 데 기여함과 동시에, 희토류 본드 자석용 조성물의 혼련시나 성형시에서의 열적 안정성의 향상에 기여하여, 적은 결합 수지량으로 양호한 성형성을 확보하는 데 중요한 역할을 한다.
이 산화 방지제는 희토류 본드 자석용 조성물의 혼련시나 성형시 등의 중간 공정에서 휘발하거나, 변질하거나 하기 때문에, 제조된 희토류 본드 자석 중에는 그 일부가 잔류한 상태로 존재하고 있다. 따라서 희토류 본드 자석 중의 산화 방지제의 함유량은 희토류 본드 자석용 조성물 중의 산화 방지제의 첨가량에 대하여, 예를 들면 10 내지 90% 정도, 특히 20 내지 80% 정도가 된다.
산화 방지제로서는 희토류 자석 분말 등의 산화를 방지 또는 억제할 수 있는 것이면 어느 것이라도 좋고, 예를 들면 아민계 화합물, 아미노산계 화합물, 니트로 카르복실산류, 하이드라진 화합물, 시안 화합물, 황화물 등의 금속 이온, 특히 Fe 성분에 대하여 킬레이트 화합물을 생성하는 킬레이트화제가 적합하게 사용된다. 또한 산화 방지제의 종류와 조성 등은 이들로 한정되지 않는다.
이러한 희토류 본드 자석용 조성물 중의 희토류 자석 분말의 함유량(첨가량)은 77.6 내지 90.0 vol% 정도로 하는 것이 바람직하고, 79.0 내지 88.0 vol% 정도로 하는 것이 보다 바람직하고, 82.1 내지 86.0 vol% 정도로 하는 것이 더욱 바람직하다. 자석 분말의 함유량이 너무 적으면, 자기 특성(특히 자기 에너지곱(BH)max)을 향상시킬 수 없으며, 또한 자석 분말의 함유량이 너무 많으면 상대적으로 결합 수지의 함유량이 적어지기 때문에 압출 성형시에 유동성이 저하하여, 성형이 곤란 또는 불가능하게 된다.
또한 희토류 본드 자석용 조성물 중의 결합 수지 및 산화 방지제의 각각의 함유량(첨가량)은 결합 수지, 산화 방지제의 종류, 조성, 성형 온도, 압력 등의 성형 조건, 성형물의 형상, 치수 등의 여러 가지 조건에 따라서 다르다. 얻어진 희토류 본드 자석의 자기 특성의 향상을 위해서, 희토류 본드 자석용 조성물 중의 결합 수지의 첨가량은 혼련 및 성형이 가능한 범위에서 될 수 있는 한 적은 것이 바람직하다.
희토류 본드 자석용 조성물 중에 산화 방지제를 포함하는 경우에 그 함유량은 1.0 내지 12.0 vol% 정도인 것이 바람직하고, 3.0 내지 10.0 vol% 정도인 것이 보다 바람직하다. 이 경우에 산화 방지제의 첨가량은 결합 수지의 첨가량에 대하여 10 내지 150% 정도인 것이 바람직하고, 25 내지 90% 정도인 것이 보다 바람직하다.
또한 본 발명에서는, 산화 방지제의 첨가량은 상기 범위의 하한값 이하인 것도 무방하고, 또한 무첨가라도 무방하다.
희토류 본드 자석용 조성물 중의 결합 수지의 첨가량이 너무 적으면, 희토류 본드 자석용 조성물을 혼련할 때의 혼련물의 점도가 높게 되어 혼련 토크가 증대하여, 발열에 의해 자석 분말 등의 산화가 촉진되는 경향이 된다. 추가하여 산화 방지제 등의 첨가량도 적은 경우에, 자석 분말 등의 산화를 충분히 억제할 수 없게 됨과 동시에, 혼련물(수지 용융물)의 점도 상승 등에 의해 성형성이 떨어져, 저공극율, 고기계적 강도의 자석을 얻을 수 없다. 또한 결합 수지의 첨가량이 너무 많으면, 성형성은 양호하지만, 얻어진 자석 내의 결합 수지 함유량이 많아져, 자기 특성이 저하한다.
한편 희토류 본드 자석용 조성물 중의 산화 방지제의 첨가량이 너무 적으면, 산화 방지 효과가 적고, 자석 분말의 함유량이 많은 경우에 자석 분말 등의 산화를 충분히 억제할 수 없게 된다. 또한 산화 방지제의 첨가량이 너무 많으면, 상대적으로 수지량이 감소하여, 성형체의 기계적 강도가 저하하는 경향을 보인다.
이와 같이 결합 수지의 첨가량이 비교적 많으면, 산화 방지제의 첨가량을 적게 할 필요가 있고, 반대로 결합 수지의 첨가량이 적으면, 산화 방지제의 첨가량을 많이 해야 한다.
따라서 희토류 본드 자석용 조성물 중의 결합 수지와 산화 방지제와의 합계 첨가량은 10.0 내지 22.4 vol%인 것이 바람직하고, 12.0 내지 21.0 vol%인 것이 보다 바람직하고, 14.0 내지 17.9 vol%인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위로 설정하므로써 압출 성형시에 있어서의 유동성, 성형성, 자석 분말 등의 산화 방지의 향상에 기여하여, 저공극율, 고기계적 강도, 고자기 특성의 자석이 얻어진다.
또한 희토류 본드 자석용 조성물에는, 필요에 따라서, 예를 들면 결합 수지를 가소화 하는 가소제(예를 들면, 스테아린산염, 지방산), 윤활제(예를 들면, 실리콘 오일, 각종 왁스, 지방산, 알루미나, 실리카, 티타니아 등의 각종 무기 윤활제), 기타 성형 조제 등의 각종 첨가제를 첨가할 수도 있다.
가소제의 첨가는, 성형시의 유동성을 향상시키기 때문에 보다 적은 결합 수지의 첨가량으로 동일한 특성을 얻을 수 있어 바람직하다. 윤활제의 첨가에 관해서도 마찬가지다. 가소제의 첨가량은 0.1 내지 2.0 vol% 정도인 것이 바람직하고, 윤활제의 첨가량은, 0.2 내지 2.5 vol% 정도인 것이 바람직하다.
[희토류 본드 자석용 조성물의 혼련]
희토류 본드 자석용 조성물은 상술한 희토류 자석 분말, 결합 수지 및 산화 방지제 등을, 예를 들면 헨셀 믹서, V 형 혼합기 등의 혼합기나 교반기에 의해 혼합한 혼합물로서 다음 공정의 압출 성형에 제공할 수 있지만, 본 발명에서는, 특히 이러한 혼합물을 혼련한 혼련물(컴파운드)을 제조하고, 이것을 사용하여 압출 성형을 하는 것이 바람직하다.
즉, 희토류 자석 분말, 결합 수지 및 산화 방지제 등을 포함하는 희토류 본드 자석용 조성물(혼합물)을, 예를 들면 롤식 혼련기, 니더, 이축(二軸) 압출 혼련기 등의 혼련기를 사용하여 충분히 혼련하여 혼련물을 얻는다.
이 때, 혼련 온도는 사용하는 결합 수지의 종류 등에 따라서 적절하게 결정되지만, 결합 수지의 열 변형 온도 또는 연화 온도(연화점 또는 유리 전이점) 이상의 온도로 행하여지는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 혼련의 효율이 향상하여, 보다 단시간에 균일하게 혼련하는 것이 가능하게 됨과 동시에, 결합 수지의 점도가 내려간 상태로 혼련되기 때문에 희토류 자석 분말의 주위를 결합 수지가 덮는 상태가 되어, 얻어진 본드 자석 내의 공극율의 감소에 기여한다.
예를 들면, 결합 수지가 폴리아미드 등의 열 가소성 수지인 경우, 혼련 온도는 150 내지 350℃ 정도이며 혼련 시간은 5 내지 60분 정도가 바람직하다.
또한 얻어진 혼련물은, 펠렛화되어, 즉 작은 덩어리 또는 알맹이 모양의 물질(이하,「펠렛」이라고 한다)로 되고, 이 형태로 후술하는 압출 성형에 제공되는 것이 바람직하다. 이 경우 펠렛의 입자 직경은, 예를 들면 2 내지 12㎜ 정도로 된다.
[압출 성형]
압출 성형은 세로형 압출 성형에 의해 실시될 수 있다.
도 1은 본 발명에 사용하는 세로형의 압출 성형기의 구성예를 도시한 단면도이다. 동일 도면에 나타낸 세로형의 압출 성형기(1)는 세로형의 램 압출 성형기이고, 지지대(2)와, 지지대(2)에 지지되어 수직 방향으로 연재하는 금속제의 실린더(3)와, 실린더(3)의 하단에 접속된 압출 금형(다이: 4)과, 실린더(3) 및 압출 금형(4)의 가열부(41)의 외주에 설치된 히터(5)와, 압출 금형(4)의 하단에 설치된 냉각 장치(7)와, 실린더(3) 내에서 왕복 운동하는 피스톤(81)을 구비하는 유압 실린더(8)와, 유압 실린더(8)를 구동하는 유압 구동 장치(82)와, 실린더(3) 내에 재료(희토류 본드 자석용 조성물)를 공급하는 재료 공급 수단(9)으로 구성된다. 압출 금형(4)은 내경이 하방으로 향하여 테이퍼진 테이퍼부를 가지는 가열부(41)와, 단열부(42)를 사이에 두고 접합되고, 냉각용 게이트를 구성하는 선단부(금형의 출구측: 43)를 가진다.
압출 금형(4)에 의한 성형체(12)의 압출 방향은 대략 수직 방향이다.
또한 재료 공급 수단(9)은, 예를 들면 상기 혼련물을 펠렛화하여 이루어지는 희토류 본드 자석용 조성물(컴파운드(10))을 저장하는 호퍼(91)와, 이 호퍼(91)와 실린더(3) 내를 접속하는 공급관(92)과, 이 공급관(92)의 도중에 설치된 바이브레이터(93)로 구성된다. 또한 도시하지는 않지만, 공급관(92)의 도중에 컴파운드(10)의 공급량을 조절하는 밸브가 설치되어도 좋다.
또한 도시하지는 않지만, 압출 금형(4) 또는 냉각 장치(7) 부근에 코일을 설치하여, 압출되는 재료에 대하여, 세로, 가로 또는 방사상 방향으로 배향 자장(예를 들면 10 내지 20 kOe 정도)을 가할 수도 있다.
이러한 램 압출 성형기(1)에서 실린더(3)의 내경(D)은, 예를 들면 20 내지 100㎜ 정도, 실린더(3)의 전장(유효 길이: L)과 내경(D)과의 비율(L/D)은 10 내지 30 정도로 된다.
다음에 램 압출 성형기(1)를 사용한 압출 성형의 실시예에 관해서 설명한다.
호퍼(91) 내의 컴파운드(10)는, 공급관(92)을 지나서 실린더(3) 내에 공급된다. 이 때, 바이브레이터(93)의 작동에 의해 공급관(92) 등에 진동이 가해지므로써 컴파운드(10)의 공급이 원활하게 이루어진다.
한편 유압 실린더(8)는, 유압 구동 장치(82)에 의하여 미리 프로그램된 소정의 패턴으로 구동한다. 유압 실린더(8)의 구동에 의해 피스톤(81)이 신장하여, 하방으로 이동하면 실린더(3) 내에 공급된 컴파운드(10)는 압축되어, 실린더(3) 내에서 하방으로 서서히 이송된다.
또한 유압 실린더(8)의 피스톤(81)은, 예를 들면 5 내지 20초 정도로 신장하고, 가장 신장된 상태에서 3 내지 10초 정도 정지하고, 5 내지 15초 정도로 수축하는 패턴을 반복하여 행한다.
실린더(3) 및 압출 금형(4)의 가열부(41)는 히터(5)에 의해 소정의 온도 분포로 가열되고, 컴파운드(10)는 실린더(3) 내에서 하방으로 이송되는 사이에 컴파운드(10) 중의 결합 수지(열 가소성 수지)의 용융 온도 이상의 온도(예를 들면, 120 내지 350℃)로 가열되어 용융한다. 이 컴파운드(10)의 용융물(11)은 저점도화하여 유동성이 향상하여, 압밀화(壓密化)에 의해 공극(빈 공간)이 배제된다.
또한 컴파운드(10)의 용융물(11)은 압출 금형(4)으로부터 연속적으로 압출되어 소정의 형상으로 성형된다. 이 때 압출 압력은 비교적 높게 할 수 있고, 바람직하게는 전체 압출 압력으로 30 ton 이하, 보다 바람직하게는 20 ton 이하이다. 또한 압출 속도는 바람직하게는 0.1 내지 20㎜/sec 정도, 보다 바람직하게는 0.2 내지 10㎜/sec 정도로 된다.
상술한 바와 같이, 희토류 본드 자석용 조성물(컴파운드(10)) 중의 희토류 자석 분말의 함유량을 많게 한 경우에, 용융물(11)의 점도가 높게 되어 유동성이 저하하기 때문에, 압출 압력을 높게 할 필요가 있지만, 본 실시예와 같은 램 압출 성형에서는 압출 압력을 상기의 것과 같이 높게 할 수 있기 때문에, 희토류 자석 분말의 함유량이 많은 본드 자석의 제조에 유리함과 동시에, 높은 압출 압력에 의해서 거품의 배제가 촉진되어, 희토류 자석 분말의 함유량이 많은 희토류 본드 자석에서도, 그 공극율을 감소할 수 있고, 따라서 자기 특성이 각별히 향상한다.
또한 액정 중합체, 폴리페닐렌설파이드라는 내열 열 가소성수지는, 성형시에 필요한 수지압이 나일론계보다 높기 때문에, 램 압출 성형기를 채용하면 이러한 내열 수지의 사용도 용이하게 된다.
압출 금형(4)의 가열부(41)로부터 압출되어진 재료는 선단부(43)를 통과할 때에 냉각되어 결합 수지가 고화한다. 이로 인하여, 길이가 긴 성형체(12)가 연속적으로 제조된다. 이 성형체(12)를 적절하게 절단하므로써 희망하는 형상과 치수의 희토류 본드 자석을 얻는다.
또한 결합 수지가 열 경화성 수지의 경우에는, 실린더(3) 및 압출 금형(4)의 가열부(41)에서, 해당 열 경화성 수지의 연화 온도 이상으로 또한 경화에 달하지 않은 조건으로 가온하고, 압출 금형(4)의 선단부(43)에서 상온 또는 연화 온도 이하로 냉각한 상태로 금형외로 압출한 후에, 해당 성형체를 가열 경화시킨다. 가열 경화는 절단전이라도 절단후라도 좋다. 또는 가열부(41)에서 부형(賦形)한 후, 선단부(43)에서 더욱 가열하여 수지 성분을 경화시킨 상태로 금형외로 압출하고, 절단하여 성형체를 얻는다. 이때 절단 전 또는 절단 후에 충분한 경화를 행하기 위한 포스트 큐어링을 행하여도 좋다.
또한 재료 공급 수단(9)의 호퍼(91)에는, 상술한 희토류 본드 자석용 조성물의 혼합물을 저장하고, 이 혼합물을 실린더(3) 내로 공급하여도 좋다.
제조하는 희토류 본드 자석의 횡단면 형상은, 압출 금형(4)의 압출구의 형상의 선정에 의해 결정된다. 압출 금형(4)을 단일의 다이(die)로 구성하면, 원주 등의 기둥 모양이나 판상의 본드 자석이 얻어지고, 압출 금형(4)을 외측 다이와 내측 다이로 구성하면, 원통 등의 중공 형상의 본드 자석이 얻어진다. 또한 압출 금형(4)의 압출구의 형상을 선정하므로써, 박판이나 이형(異形) 단면을 갖는 것도 용이하게 제조할 수 있다. 또한 성형체(12)의 절단 길이의 조정에 의해, 편평한 것에서 길이가 긴 것까지 모든 길이의 본드 자석을 제조할 수 있다.
또한 이상에서는 램 압출 성형에 관해서 대표적으로 설명하였지만, 본 발명에서는 이것에 한하지 않고, 기타, 예를 들면 세로형의 스크류식 압출 성형기를 사용한 스크류식 압출 성형에 의한 것이라도 좋다. 이 스크류식 압출 성형기는, 도 1의 압출 성형기에 있어서 유압 실린더(8)를 연속적으로 회전하는 스크류로 대신한 구조의 것으로, 재료가 수직 방향으로 연속적으로 압출되어 성형된다.
이 스크류식 압출 성형기에서는 실린더의 내경(D)은, 예를 들면 15 내지 70㎜ 정도로 되고, 실린더의 유효 길이(L)와 내경(D)의 비율(L/D)은 15 내지 40 정도로 된다.
이상과 같이 본 발명에서는, 압출 성형기에 의한 압출 방향이 대략 수직 방향이다. 수직 방향은 수직 상방이든 수직 하방이든 상관 없지만, 도시한 바와 같이 수직 하방이 바람직하다. 이와 같이 수직 방향으로 압출되어진 성형체는, 그 긴쪽 방향으로 중력의 작용을 받고, 횡단면 방향으로는 중력의 작용을 받지 않기 때문에, 형상에 격차가 없고 치수 정밀도가 지극히 높은 희토류 본드 자석이 얻어진다.
특히 원주 또는 원통 모양(횡단면 형상이 원형)의 희토류 본드 자석을 제조하는 경우에는, 그 진원도가 향상한다. 또한 변형이 생기기 쉬운 판상이나 박판 형상의 것에서도 중력의 작용에 의한 변형이 방지되기 때문에, 그 치수 정밀도의 향상이 현저하게 된다.
희토류 본드 자석의 용도는, HDD나 CD-ROM 등의 회전 기기용의 소형 모터에 사용되는 일이 많고, 따라서 그 형상은 박육의 원통 모양 자석이 많다. 따라서 원통 형상에 있어서의 진원도는, 자석을 제조하는 데에 중요한 요소가 된다.
이상과 같은 방법으로, 자석의 형상에 대한 자유도가 넓고, 보다 적은 결합 수지량으로 성형할 수 있어, 자기 특성이 뛰어나고, 더구나 치수 정밀도가 높고, 또한 연속 제조가 가능하고, 양산에 알맞은 희토류 본드 자석을 제조할 수 있다.
또한 혼련 조건, 성형 조건 등은 상기의 범위로 제한받지 않는다.
이상과 같이 하여 제조된 본 발명의 희토류 본드 자석에 있어서, 자석 내의 희토류 자석 분말의 함유량은 77.6 내지 90.0 vol% 정도가 바람직하고, 79.0 내지 88.0 vol% 정도가 더욱 바람직하고, 또한 82.1 내지 86.0 vol% 정도가 더욱 더 바람직하다.
또한 희토류 본드 자석 중의 공극율은 2 vol% 이하인 것이 바람직하고, 1.5 vol% 이하인 것이 보다 바람직하다. 공극율이 2 vol%를 넘으면, 자석 분말의 조성, 함유량, 결합 수지의 조성 등의 기타 조건에 따라서는 자석의 기계적 강도 및 내식성이 감소될 우려가 있다.
이러한 본 발명의 희토류 본드 자석은 자석 분말의 조성이나 자석 분말의 함유량이 증대하여, 이방성 자석 뿐만 아니라 등방성 자석에서도 우수한 자기 특성을 가진다.
즉, 본 발명의 희토류 본드 자석은 무자장중에서 성형된 것인 경우에는 자기 에너지곱(BH)max가 8 MGOe 이상인 것이 바람직하고, 10 MGOe 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한 자장중에서 성형된 것인 경우에는 자기 에너지곱(BH)max가 12 MGOe 이상인 것이 바람직하고, 14 MGOe 이상인 것이 보다 바람직하다.
또한 본 발명의 희토류 본드 자석의 형상, 치수 등은 특별히 한정되지는 않고, 예를 들면 형상에 관해서는 원주 모양, 각기둥 모양, 원통 모양, 원호 모양, 평판 모양, 만곡판 모양 등의 거의 모든 형상이 가능하고, 그 크기도 대형의 것으로부터 초소형의 것까지 모든 크기가 가능하다.
특히 원주 또는 원통 모양의 희토류 본드 자석의 경우에는, 그 진원도(=외경의 최대값-외경의 최소값)×1/2)는, 5/100㎜ 이하인 것이 바람직하고, 3/100㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 희토류 본드 자석, 특히 원주 또는 원통 모양 자석의 경우에, 그 진직도(眞直度=길이 100㎜당의 횡단면 방향의 최대 변형 거리)는 5㎜ 이하인 것이 바람직하고, 3㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다. 이하 본 발명의 구체적인 실시예에 관해서 설명한다.
(실시예 1 내지 13)
하기 조성 ①, ②, ③, ④, ⑤, ⑥, ⑦의 7종의 희토류 자석 분말과, 하기 A, B, C, D, E, F의 6종의 결합 수지와, 산화 방지제로서 하이드라진계 산화 방지제(킬레이트화제)와, 윤활제로서 지방산과, 가소제로서 금속 비누를 준비하고, 이들을 표 1에 나타내는 소정의 조합 및 양으로 혼합기에 의해 균일하게 혼합하여, 혼합물을 얻는다.
① 급냉 Nd12Fe78Co4B6분말(평균 입자 직경=18㎛)
② 급냉 Nd8Pr4Fe82B6분말(평균 입자 직경=17㎛)
③ 급냉 Nd12Fe82B6분말(평균 입자 직경=19㎛)
④ 나노 결정 Nd5.5Fe66B18.5Co5Cr5분말(평균 입자 직경=15㎛)
열 가소성 수지:
⑤ Sm(Co0.604Cu0.06Fe0.32Zr0.016)8.0분말(평균 입자 직경=21㎛)
⑥ HDDR 법에 의한 이방성 Nd13Fe69Co11B6Ga1분말(평균 입자 직경=28㎛)
⑦ Sm2Fe17N3분말(평균 입자 직경=2㎛)
A. 폴리아미드(나일론12) (열 변형 온도: 145℃, 융점 175℃)
B. 액정 중합체(열 변형 온도: 180℃, 융점 280℃)
C. 폴리페닐렌설파이드(PPS)(열 변형 온도: 260℃, 융점 280℃)
D. 폴리아미드 공중합체(나일론6-12)(열 변형 온도: 46℃, 융점 145℃)
열 경화성 수지:
E. 에폭시 수지(연화 온도: 80℃, 경화 온도: 120℃ 이상)
F. 폴리이미드 수지(연화 온도: 95℃, 경화 온도: 180℃ 이상)
다음에, 표 1에 나타내는 조성의 각 혼합물을 스크류식 혼련기(장치 a) 또는 니더(장치 b)를 사용하여 충분히 혼련하여, 희토류 본드 자석용 조성물의 혼련물(컴파운드)을 얻는다. 이 때의 혼련 조건을 표 2, 표 3에 나타낸다.
다음에, 분쇄와 분급에 의해, 상기 컴파운드를 평균 입자 직경 3 내지 5㎜의 펠렛으로 한다.
이 펠렛을 사용하여, 도 1에 나타내는 구성의 세로형의 램 압출 성형기나 스크류식 압출 성형기에 의해, 수직 방향(하방)으로 압출 성형하여, 희토류 본드 자석을 제조한다. 분말 ⑤ 내지 ⑦을 사용한 때에는 램 압출 성형기의 압출구 부근에, 여자 코일(도시하지 않음)을 배치하고, 자장중에서의 성형을 가능하게 한다.
또한 기타의 압출 성형 조건은 표 2, 표 3에 나타내는 대로이다.
고화하여 압출되어진 성형체는 절단기에 의해 (1 내지 500㎜의 범위에서) 희망하는 길이로 절단한다. 단, 진직도 측정용 샘플은 100㎜의 길이로 별도 절단을 실시한다.
또한 결합 수지로서 열 경화성 수지를 사용한 경우에는, 금형 선단부에서 경화 온도까지 가열하여 성형체를 압출한 후, 다시 포스트 큐어를 행하거나(실시예 12), 금형 선단부에서 수지의 연화 온도 이하까지 냉각하여, 고화한 상태에서 성형체를 압출한 후, 경화 처리를 실시한다(실시예 13). 이 때의 포스트 큐어 및 경화 처리 조건은, 각각 온도 120 내지 250℃, 경화 시간 30 내지 300분이다. 이들을 처리하여, 희토류 본드 자석을 얻는다.
(실시예 14, 15)
표 1에 나타내는 조성의 혼합물을 그대로 램 압출 성형기에 공급하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1 내지 13과 같이 하여 희토류 본드 자석을 제조한다.
각 표에 기재된 조건을 바탕으로 제조를 실시할 때의 각 본드 자석의 조성, 밀도, 공극율, 진원도 및 진직도(이들은 치수 정밀도를 대표하는 지표), 여러가지 특성을 하기 표 4, 표 5, 표 6, 표 7에 나타낸다.
진원도=(외경의 최대값-외경의 최소값)×1/2 [㎜]
또한, 표 4 내지 표 7 중의 진직도는 샘플의 치수 정밀도를 나타내는 지표의 하나이고, 수평인 평면상에 길이 100㎜로 절단한 샘플을 배치하고, 샘플의 굽기나 굴곡에 의해서 생기는 샘플과 평면과의 사이의 빈틈을 측정하고, 이 측정값[㎜]의 최대값을 진직도로 한다. 이 값이 적을수록 곧은 직선형이다.
또한 표 4 내지 표 7 중의 내식성은, 얻어진 희토류 본드 자석에 대하여, 항온 항습조에 의해 80℃, 90% RH의 조건으로 가속 시험을 행하고, 녹의 발생까지의 시간에 의해, ◎, ○, △, ×의 4 단계로 평가하였다.
(비교예 1, 2)
표 1에 나타난 조성의 각 혼합물로부터 실시예 1 등과 같이 하여 펠렛을 제조하고, 해당 펠렛을 사용하여 가로형의 램 압출 성형기에 의해 수평 방향으로 압출 성형하여 희토류 본드 자석을 제조한다.
얻어진 자석의 제조시의 변동 조건, 조성, 진원도, 진직도, 여러가지 특성을 표 7에 나타낸다.
(비교예 3, 4, 5)
표 1에 나타내는 조성의 각 혼합물로부터 실시예 1 등과 같이 하여 펠렛을 제조하고, 해당 펠렛을 사용하여 가로형의 스크류식 압출 성형기에 의해 수평 방향으로 압출 성형하여 희토류 본드 자석을 제조한다.
또한 이 가로형의 스크류식 압출 성형기에서 실린더의 전장(유효 길이)은 900㎜, 실린더의 내경은 30㎜이다. 또한 이 스크류식 압출 성형기에서 기타의 압출 성형 조건은 표 3에 나타낸다.
얻어진 자석의 제조시의 변동 조건, 조성, 진원도, 진직도, 여러가지 특성을 표 7에 나타낸다.
표 8에 실시예 2, 3, 12와 비교예 3에서 사용한 컴파운드를 사용하여 외형 5㎜, 길이 10㎜의 둥근 막대를 성형하여 선팽창계수를 측정한 결과를 게재한다.
[결과의 고찰]
세로형의 압출 성형기를 사용한 실시예 1 내지 15에서는, 어느 것이나 설계대로의 희토류 본드 자석을 용이하고 또한 원활하게, 더구나 높은 생산 효율로 제조할 수 있고, 수율도 양호하다.
또한 각 표가 나타내는 바와 같이 램 압출 성형기를 사용한 실시예 3 내지 15에서는 압출 압력을 높게 할 수 있고, 또한 압출 방향이 수직 방향이기 때문에 얻어진 희토류 본드 자석은, 어느 것이나 공극율이 낮고, 성형성, 자기 특성(최대 자기 에너지곱), 내식성이 뛰어나고, 더구나 형상이 안정되어, 진원도, 진직도(치수 정밀도)가 높은 것이 확인된다.
또한 펠렛화된 희토류 본드 자석용 조성물을 사용한 실시예 1 내지 13은, 혼합물에 의한 희토류 본드 자석용 조성물을 사용한 실시예 14 내지 15에 비하여, 많지는 않지만 공극율이 낮고, 진원도나 진직도 등의 치수 정밀도도 높다. 또한 성형 압력이 낮게 되는 경향을 나타내고, 형상이나 컴파운드의 조성에도 따르지만, 압출 속도도 빠르게 하는 것이 가능한 것을 알았다.
이것에 대하여, 비교예 1, 2의 희토류 본드 자석은 압출 방향이 수평 방향이기 때문에, 각 실시예에 비교하여 진원도 및 진직도가 낮다. 즉 치수 정밀도가 낮아서 형상에 격차가 생기는 경향을 나타낸다.
또한 비교예 3 내지 5의 희토류 본드 자석은, 각 실시예에 비하여, 압출 압력이 낮기 때문에, 희토류 본드 자석용 조성물 중의 자석 분말의 함유량을 높게 할 수 없고, 따라서 각 실시예에 비하여, 공극율이 높고, 자기 특성이 뒤떨어져 있다. 또한 함유량을 비교적 높게 한 경우에는, 성형이 가능한 때라도 성형 가능한 형상이 한정되고, 예를 들면 얇은 링 자석 등을 성형할 수 없다.
그리고 압출 방향이 수평 방향이기 때문에, 비교예 1, 2와 같이, 진원도 및 진직도가 낮고, 즉 치수 정밀도가 낮고, 형상에 격차가 생기는 경향을 나타낸다.
또한 표 8에 나타난 바와 같이, 램 압출 성형에 의해 성형 수지압은 높지만, 열 팽창계수가 작은 수지의 채용이 가능하게 되어 그 결과 높은 체적의 자석 분말을 함유하고, 고성능 또한 치수적으로도 열 안정성이 뛰어난 자석을 제조할 수 있다.
이상 서술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 자석의 형상이나 치수에 대한 자유도가 넓고, 양산에 알맞다고 하는 압출 성형의 이점을 유지하면서 보다 적은 결합 수지량으로, 성형성, 내식성이 뛰어나고, 선팽창 계수가 작고 기계적 강도가 높고, 자기 특성이 뛰어나고, 더구나 치수 정밀도가 높은 희토류 본드 자석을 제공할 수 있다.
특히 램 압출 성형에 의하면, 압출 압력을 높게 할 수 있어, 상기 효과가 보다 현저하게 된다.
본 발명은 상술한 효과를 가지기 때문에, 예를 들면 스테핑 모터, 브러시리스 모터(brushless motor) 등의 각종 모터나 솔레노이드, 액츄에이터 등을 구성하는 영구 자석, 자동차 등에 사용되는 센서 등을 구성하는 영구 자석, VTR 등의 파인더를 구성하는 영구 자석, 계기류 등에 사용하는 여러가지의 영구 자석에 적용할 수 있다.
조성 [vol%] 조성 [vol%]
실시예 1 자석분말① :77. 6수지A :10. 9산화 방지제:10. 9윤활제 : 1. 5 실시예 11 자석분말⑤ :58. 0자석분말⑦ :25. 0수지A :10. 0수지D : 4. 0산화 방지제: 3. 0
실시예 2 자석분말② :79. 1수지B :15. 9산화 방지제: 3. 0가소제 : 2. 0 실시예 12 자석분말① :83. 0수지E :15. 8윤활제 : 1. 0
실시예 3 자석분말③ :80. 5수지C :16. 0산화 방지제: 1. 0윤활제 : 2. 5 실시예 13 자석분말① :85. 0수지F :14. 0윤활제 : 1. 0
실시예 4 자석분말① :82. 1수지A : 9. 9산화 방지제: 8. 0 실시예 14 자석분말① :83. 5수지A :10. 7산화 방지제: 5. 0윤활제 : 0. 8
실시예 5 자석분말① :84. 1수지A : 7. 9산화 방지제: 7. 0가소제 : 0. 5윤활제 : 0. 5 실시예 15 자석분말① :85. 0수지A :10. 0산화 방지제: 4. 0윤활제 : 1. 0
실시예 6 자석분말① :86. 0수지A : 7. 0산화 방지제: 6. 0윤활제 : 1. 0 비교예 1 자석분말① :77. 6수지A :15. 4산화 방지제: 6. 0윤활제 : 1. 0
실시예 7 자석분말① :88. 0수지A : 6. 0산화 방지제: 5. 0가소제 : 1. 0 비교예 2 자석분말① :79. 1수지A :13. 9산화 방지제: 6. 0윤활제 : 1. 0
실시예 8 자석분말① :90. 0수지A : 4. 0수지D : 2. 0산화 방지제: 3. 0윤활제 : 1. 0 비교예 3 자석분말① :82. 1수지A :10. 9산화 방지제: 6. 0윤활제 : 1. 0
실시예 9 자석분말⑤ :82. 5수지C :16. 3윤활제 : 1. 2 비교예 4 자석분말① :82. 1수지A :10. 9산화 방지제: 6. 0윤활제 : 1. 0
실시예 10 자석분말⑥ :80. 0수지A :11. 5산화 방지제: 7. 0가소제 : 1. 5 비교예 5 자석분말① :83. 0수지A :10. 0산화 방지제: 6. 0윤활제 : 1. 0
혼련조건 성형조건
장치 혼련온도[℃] 혼련시간[min] 성형방법(압출방향) 가열부 온도[℃] 선단부 온도[℃] 압출 압력[kg/cm2] 압출속도[mm/sec] 배향자계[kOe]
실시예1 a 150∼250 10 스크류식 압출성형(수직) 250 140 180 10 무자장중
실시예2 a 180∼300 15 스크류식 압출성형(수직) 320 160 230 8 무자장중
실시예3 a 200∼350 20 램 압출성형(수직) 330 200 370 7 무자장중
실시예4 a 150∼250 25 램 압출성형(수직) 250 140 500 6 무자장중
실시예5 a 150∼250 20 램 압출성형(수직) 250 140 650 3 무자장중
실시예6 a 150∼250 20 램 압출성형(수직) 250 140 730 2 무자장중
실시예7 a 150∼250 20 램 압출성형(수직) 250 140 840 1 무자장중
실시예8 a 150∼250 20 램 압출성형(수직) 250 100 1050 0.5 무자장중
실시예9 a 200∼350 25 램 압출성형(수직) 330 200 550 2 12
실시예10 a 150∼250 15 램 압출성형(수직) 250 140 350 8 15
혼련조건 성형조건
장치 혼련온도[℃] 혼련시간[min] 성형방법(압출방향) 가열부 온도[℃] 선단부 온도[℃] 압출 압력[kg/cm2] 압출속도[mm/sec] 배향자계[kOe]
실시예11 a 150∼250 15 램 압출성형(수직) 250 100 400 7 17
실시예12 b 80∼120 50 램 압출성형(수직) 120 180 1100 0.1 무자장중
실시예13 b 100∼180 50 램 압출성형(수직) 160 80 780 4 무자장중
실시예14 - - - 램 압출성형(수직) 250 140 820 4 무자장중
실시예15 - - - 램 압출성형(수직) 250 140 900 3 무자장중
비교예1 a 150∼250 15 램 압출성형(수평) 250 140 250 5 무자장중
비교예2 a 150∼250 15 램 압출성형(수평) 250 140 350 3 무자장중
비교예3 a 150∼250 20 스크류식 압출성형(수평) 250 140 650 1 무자장중
비교예4 a 150∼250 20 스크류식 압출성형(수직) 270 140 성형불가 무자장중
비교예5 a 150∼250 20 스크류식 압출성형(수직) 270 140 성형불가 무자장중
자석형상 자석치수[mm] 자석조성[vol%] 자기에너지곱(BH)max [MGOe] 성형품 밀도[g/cm3] 공극율[%] 진원도[㎛] 진직도[mm] 내식성
실시예1 원통모양 외경:30.0내경:29.0 자석분말①:79.67수지A :11.17산화방지제: 8.23 10.5 6.26 0.92 0.05 4.5 ○
실시예2 원통모양 외경:25.0내경:23.0 자석분말②:80.43수지B :16.15산화방지제: 2.69가소제 :미량 8.6 6.35 0.73 0.04 3.3 ○
실시예3 원통모양 외경:20.0내경:17.0 자석분말③:81.48수지C :16.21산화방지제: 0.92윤활제 :미량 8.8 6.41 1.38 0.02 2.5 ○
실시예4 원통모양 외경:24.0내경:20.0 자석분말④:83.15수지A :10.02산화방지제: 5.83윤활제 :미량 8.1 6.47 1.00 0.01 2 ○
실시예5 원통모양 외경:16.0내경:10.0 자석분말①:85.58수지A : 8.10산화방지제: 4.98가소제.윤활제:미량 11.9 6.66 1.34 0.01 1.2 ○
자석형상 자석치수[mm] 자석조성[vol%] 자기에너지곱(BH)max [MGOe] 성형품 밀도[g/cm3] 공극율[%] 진원도[㎛] 진직도[mm] 내식성
실시예6 원통모양 외경:18.0내경:12.0 자석분말①:87.14수지A : 7.13산화방지제: 4.24윤활제 :미량 12.4 6.73 1.49 0.02 3.2 ○
실시예7 원주모양 외경:15.0 자석분말①:88.14수지A : 5.98산화방지제: 4.03가소제 :미량 12.9 6.78 1.85 0.03 3.3 ○
실시예8 원주모양 외경:18.0 자석분말①:89.47수지A : 3.97수지D : 1.96산화방지제: 2.60윤활제 :미량 14.0 6.86 2.00 0.04 4.1 ○
실시예9 원통모양 외경:18.0내경:15.0 자석분말⑤:82.53수지C :16.31윤활제 :미량 15.5 7.25 1.16 0.01 1.4 ○
실시예10 원통모양 외경:22.0내경:19.0 자석분말⑥:81.05수지A :11.67산화방지제: 6.27가소제 :미량 14.0 6.33 1.01 0.02 2.2 ○
자석형상 자석치수[mm] 자석조성[vol%] 자기에너지곱(BH)max [MGOe] 성형품 밀도[g/cm3] 공극율[%] 진원도[㎛] 진직도[mm] 내식성
실시예11 원통모양 외경:30.0내경:27.5 자석분말⑤:57.53수지⑦ :24.79수지A : 9.95수지D : 3.97산화방지제: 2.50 16.2 6.95 1.25 0.02 2.9 ○
실시예12 원통모양 외경:40.0내경:38.0 자석분말①:82.38수지E :15.66가소제 :미량 11.4 6.41 1.96 0.01 0.4 ○
실시예13 원주모양 외경:14.0 자석분말①:84.27수지F :13.88윤활제 :미량 12.2 6.57 1.85 0.02 2.7 ○
실시예14 원통모양 외경:14.0내경:11.0 자석분말①:83.02수지A :10.61산화방지제: 4.47윤활제 :미량 11.7 6.44 1.90 0.03 3.4 ○
실시예15 원통모양 외경:12.0내경: 6.0 자석분말①:84.55수지A : 9.94산화방지제: 3.59윤활제 :미량 12.1 6.54 1.92 0.04 3.9 ○
자석형상 자석치수[mm] 자석조성[vol%] 자기에너지곱(BH)max [MGOe] 성형품 밀도[g/cm3] 공극율[%] 진원도[㎛] 진직도[mm] 내식성
비교예1 원통모양 외경:20.0내경:18.0 자석분말①:78.32수지A :15.56산화방지제: 4.82윤활제 :미량 10.0 6.15 1.30 0.07 5.8 ○
비교예2 원통모양 외경:30,0내경:29.0 자석분말①:79.98수지A :14.05산화방지제: 4.85윤활제 :미량 10.6 6.26 1.12 0.08 6.7 ○
비교예3 원주모양 외경:15.0 자석분말①:82.40수지A :10.93산화방지제: 4.79윤활제 :미량 11.5 6.41 1.88 0.07 7.3 ○
비교에4 원통모양 외경:24.0내경:20.0 성형 불가
비교예5 원주모양 외경:18.0 성형 불가
수지의 종류 자석 분말량(vol%) 수지량(vol%) 선 팽창계수(10-5/℃)
실시예 2 PPS 79.1 15.9 2.91
실시예 3 액정 중합체 80.5 16.0 2.58
실시예 12 에폭시 수지 83.0 15.8 3.44
비교예 3 나일론 12 82.1 10.9 4.73

Claims (29)

  1. 희토류 자석 분말과 결합 수지를 포함하는 희토류 본드 자석용 조성물을 압출 성형기로 압출하여 희토류 본드 자석을 제조하는 희토류 본드 자석의 제조 방법에 있어서,
    상기 압출 성형기에 의한 압출 방향이 거의 수직 방향인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 압출 성형기는 램 압출 성형기인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 희토류 본드 자석용 조성물 중의 상기 희토류 자석 분말의 함유량이 77.6 내지 90.0 vol%인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 희토류 자석 분말은 Sm을 주로 하는 희토류 원소와 Co를 주로 하는 천이 금속를 기본 성분으로 하는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 희토류 자석 분말은 R(단, R은 Y를 포함하는 희토류 원소중 적어도 1종)과, Fe를 주로 하는 천이 금속과, B를 기본 성분으로 하는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 희토류 자석 분말은 Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Fe를 주로 하는 천이 금속과, N을 주로 하는 격자간 원소를 기본 성분으로 하는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 압출 성형시의 압출 방향은 연직 하방인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  8. 희토류 자석 분말과 결합 수지와 산화 방지제를 포함하는 희토류 본드 자석용 조성물을 압출 성형기에 의해 압출하여 희토류 본드 자석을 제조하는 희토류 본드 자석의 제조 방법에 있어서,
    상기 압출 성형기에 의한 압출 방향이 거의 수직 방향인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 압출 성형기는 램 압출 성형기인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 희토류 본드 자석용 조성물 중의 상기 결합 수지와 상기 산화 방지제와의 합계 함유량이 10.0 내지 22.4 vol%인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 희토류 본드 자석용 조성물 중의 상기 산화 방지제의 함유량이 1.0 내지 12.0 vol%인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  12. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 희토류 본드 자석용 조성물 중의 상기 산화 방지제의 함유량이 1.0 내지 12.0 vol%인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 희토류 본드 자석용 조성물 중의 상기 희토류 자석 분말의 함유량이 77.6 내지 90.0 vol%인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 희토류 자석 분말은 Sm을 주로 하는 희토류 원소와 Co를 주로 하는 천이 금속를 기본 성분으로 하는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 희토류 자석 분말은 R(단, R은 Y를 포함하는 희토류 원소중 적어도 1종)과, Fe를 주로 하는 천이 금속과, B를 기본 성분으로 하는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  16. 제 8 항에 있어서, 상기 희토류 자석 분말은 Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Fe를 주로 하는 천이 금속과, N을 주로 하는 격자간 원소를 기본 성분으로 하는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  17. 제 8 항에 있어서, 압출 성형시의 압출 방향은 연직 하방인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  18. 희토류 자석 분말과 결합 수지를 포함하는 희토류 본드 자석을 제조하는 희토류 본드 자석의 제조 방법에 있어서,
    희토류 자석 분말과 결합 수지를 혼합하여 희토류 본드 자석용 조성물을 얻는 공정과, 상기 희토류 본드 자석용 조성물을 세로형의 압출 성형기에 의해 거의 수직 방향으로 압출하여 압출 성형하는 공정과, 압출된 장척물을 절단하는 공정을 가지며,
    상기 압출 성형시에 용융 또는 연화한 상기 결합 수지를 금형내의 출구측에서 고화시키는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 압출 성형기는 램 압출 성형기인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 희토류 자석 분말은 Sm을 주로 하는 희토류 원소와 Co를 주로 하는 천이 금속를 기본 성분으로 하는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 희토류 자석 분말은 R(단, R은 Y를 포함하는 희토류 원소중 적어도 1종)과, Fe를 주로 하는 천이 금속과, B를 기본 성분으로 하는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 희토류 자석 분말은 Sm을 주로 하는 희토류 원소와, Fe를 주로 하는 천이 금속과, N을 주로 하는 격자간 원소를 기본 성분으로 하는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  23. 제 18 항에 있어서, 압출 성형시의 압출 방향은 연직 하방인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  24. 희토류 자석 분말과 결합 수지를 포함하는 희토류 본드 자석을 제조하는 희토류 본드 자석의 제조 방법에 있어서,
    희토류 자석 분말과 결합 수지를 혼합하는 공정과, 얻어진 혼합물을 상기 결합 수지의 열 변형 온도 또는 연화 온도 이상의 온도에서 혼련하여 희토류 본드 자석용 조성물을 얻는 공정과, 얻어진 희토류 본드 자석용 조성물을 세로형의 압출 성형기에 의해 거의 수직 방향으로 압출하여 압출 성형하는 공정과, 압출되어진 장척물을 절단하는 공정을 가지며,
    상기 압출 성형시에 용융 또는 연화한 상기 결합 수지를 금형내의 출구측에서 고화시키는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 희토류 본드 자석용 조성물은 혼련물의 소괴 또는 입상물인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  26. 제 24 항 또는 제 25 항에 있어서, 상기 압출 성형기는 램 압출 성형기인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석의 제조 방법.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 기재된 희토류 본드 자석의 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석.
  28. 제 27 항에 있어서, 공극율 2 vol% 이하인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석.
  29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서, 원주 또는 원통 형상을 이루며, 그 외경의 진원도(단, 진원도=(외경의 최대값-외경의 최소값)×1/2)가 5/100㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 희토류 본드 자석.
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