WO2006022101A1 - 自己組織化した網目状境界相を有する異方性希土類ボンド磁石とそれを用いた永久磁石型モータ - Google Patents

自己組織化した網目状境界相を有する異方性希土類ボンド磁石とそれを用いた永久磁石型モータ Download PDF

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boundary phase
magnet
bonded magnet
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Fumitoshi Yamashita
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • H01F41/0273—Imparting anisotropy

Definitions

  • the present invention relates to an anisotropic rare earth bonded magnet having a self-organized network boundary phase mounted on a permanent magnet type motor used for driving electric and electronic equipment.
  • rare earth sintered magnets with a maximum energy product (MEP) of 216 to 296 kjZm 3 are relatively large motors, such as MRI, VCM, FA, and EV, with machine outputs ranging from several hundred watts to several tens of kW. Widely popular.
  • a small-diameter annular isotropic rare earth bonded magnet with a MEP of 72kjZm 3 or less in which a RE-TM-B quenching magnet powder obtained by pulverizing a melt-spun ribbon is fixed with a resin, is a permanent magnet type small motor. Is used. There has been no significant progress in increasing the MEP of isotropic rare-earth bonded magnets produced by pulverizing melt-spun ribbons. Regardless of the above, with the background of demand for higher performance and higher added value in electrical and electronic equipment, there is a constant demand for further downsizing and weight reduction of permanent magnet motors and higher output.
  • anisotropic bonded magnets have been actively developed.
  • An anisotropic rare-earth bonded magnet with a MEP of 150 kjZm 3 has also been obtained.
  • anisotropic rare earth magnet powders with a coercive force H of 1.20 MAZm or more, which are expected to have thermal stability were also developed.
  • the rare earth bond magnets with high MEP using anisotropic rare earth magnet powders described above are prototypes made of cylinders or cubes, and are actually rarely used in general small motors.
  • the magnet mounted on the small motor targeted by the present invention is not a simple cylinder or cube, but is a ring-shaped or arc-shaped force having a small diameter of, for example, lmm or less.
  • a radially anisotropic rare earth bonded magnet that is magnetically anisotropic in the radial direction is required.
  • Such a radial orientation magnetic field The means for generating is described in JP-A-57-170501.
  • a molding die in which a magnetic yoke and a non-magnetic yoke are alternately combined and an excitation coil is disposed on the outer side, surrounding the annular molding cavity.
  • This method requires a large magnetomotive force in order to generate a radial magnetic field having a predetermined strength in the annular mold cavity.
  • it is necessary to lengthen the magnetic path of the magnetic yoke in order to effectively focus the magnetic flux excited by the magnetic coil from the outer periphery of the annular mold cavity on the annular mold cavity.
  • the annular mold cavity has a small diameter (or long length)
  • a proportion of the magnetomotive force is consumed as leakage flux.
  • the orientation magnetic field of the annular mold cavity is reduced, and unlike the rare-earth bonded magnets with high MEPs that were prototyped with cylinders or cubes, the ring-shaped or arc-shaped rare-earth bonded magnets with actually reduced MEP There is a problem that can not be.
  • the present invention provides
  • an anisotropic rare earth bonded magnet having a self-organized network boundary phase that chemically bonds with a polymer at a chemical contact point.
  • the present invention provides a permanent magnet motor equipped with the anisotropic rare earth bonded magnet having the self-organized network boundary phase.
  • FIG. 1A is an explanatory diagram of an anisotropic bonded magnet according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is an explanatory diagram of an anisotropic bonded magnet according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1C is an explanatory diagram of an anisotropic bonded magnet according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining an example of the chemical structure of the anisotropic bonded magnet according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing the pressure dependence of the relative density of the anisotropic bonded magnet according to the embodiment of the present invention.
  • Fig. 4 is a diagram showing the relationship between the diameter and thickness of the disk elongation of the anisotropic bonded magnet according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a fracture surface of the anisotropic bonded magnet according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing the thickness of the anisotropic bonded magnet and the limit of formation of the annular magnet according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a partial cutaway view showing a motor equipped with an anisotropic bonded magnet according to an embodiment of the present invention.
  • Binder component (oligomer or prepolymer with reaction substrate) 13 Magnetically anisotropic polycrystalline aggregated Nd Fe B powder
  • bonded magnets mesh boundaries with shape-corresponding force that MEP hardly changes even with small diameter using anisotropic rare-earth magnet powder.
  • An anisotropic bonded magnet having a phase is provided. If a bond magnet having a high MEP of 127 kjZm 3 or more can be provided in an arbitrary ring or arc shape applicable to a small motor, for example, it is possible to promote high performance of electric and electronic equipment.
  • a new high-power 'power-saving permanent magnet type motor can be provided.
  • the MEP of conventional isotropic bonded magnets is about 80 kjZm 3 in industry.
  • the gap magnetic flux density between the motor magnet and the iron core is approximately the square root of the ratio of MEP.
  • high output and size reduction of approximately 25% or more are expected.
  • a bonded magnet having a self-organized network boundary phase according to the present invention (hereinafter referred to as an anisotropic bonded magnet according to the present invention) is an annular shape for improving the performance of a permanent magnet motor. Achieving both a variety of shape-responsive capabilities up to arcs and magnetic properties typified by MEP
  • the structure of the anisotropic bonded magnet according to the present invention is composed of an oligomer or prepolymer (hereinafter, binder component and! /, U) having a rare earth magnet powder and a reaction substrate, and an extensible polymer.
  • the composite dura-yule is compression-molded together with a stretchable polymer and chemical contact, and a boundary phase mainly composed of a stretchable polymer is disposed around the composite granule in a network form. In this way, it has a matrix structure composed of a binder component that immobilizes rare earth magnet powder by chemical bonding by forming chemical contact points, and an extensible polymer that bears shape adaptability.
  • a lubricant during melt-kneading.
  • pentaerythritol fatty acid ester is preferable.
  • the amount added is 100 parts by weight of the extensible polymer. 3 to 15 parts by weight. Then, chemical contact points are provided on the composite granule and the boundary phase composed of the composite granule and a network to improve stretchability and weather resistance.
  • the composite granule and the stretchable polymer are compressed at 5 MPa or more under a melt flow condition involving slipping, and the composite granule having a flat cross section perpendicular to the compression direction and the mesh boundary phase
  • the configuration is as follows.
  • rare earth magnet powder contained in the composite granule is magnetically anisotropic polycrystalline aggregated Nd Fe B powder with an average particle size of 50 ⁇ m or more, and an average particle size of 3 ⁇ m.
  • Magnetically anisotropic single domain particle type Sm Fe N fine powder of m or less In particular, rare earth
  • the proportion of single domain particle type Sm Fe N fine powder in the magnet powder shall be 40% or more.
  • a melting point of 70- having an oxysilane ring: one or more of LOO ° C epoxy compounds, and a polyamide having a melting point of 80-150 ° C as an extensible polymer may be used. And are preferred.
  • a powdery latent epoxy resin hardener capable of crosslinking with a binder component and a reaction substrate of an extensible polymer is preferable.
  • the ratio of the rare earth magnet powder in the anisotropic bonded magnet according to the present invention is 95% by weight or more. Then, it is compression-molded in an orientation magnetic field perpendicular to the surface, in-plane direction, or both of which are regularly repeated to form a bonded magnet having a plate shape with a relative density of 98% or more and a thickness of 1.5 mm or less. . Finally, the entire bonded magnet is mechanically stretched by rolling through chemical contact points, and is formed into an annular shape by utilizing the flexibility generated in the rolling direction. Alternatively, the stretching ratio is changed by stamping to make an arc shape.
  • the anisotropic bonded magnet according to the present invention is as follows: 2. MEP at 20 ° C when magnetized with OMAZm is usually 127 kjZm 3 or more, and is a small permanent magnet type that is a subject of the present invention. Improve motor performance.
  • FIG. 1A to 1C are schematic views of an anisotropic bonded magnet according to the present invention. As shown in FIG. 1A, magnetically anisotropic polycrystalline aggregated Nd Fe B powder 13 having an average particle diameter of 50 m or more,
  • Magnetically anisotropic single domain particle type Sm Fe N fine powder 14 with an average particle size of 3 ⁇ m or less is
  • a coated magnet powder, a binder component 12, and a stretchable polymer 21 obtained by melt-kneading a rare earth magnet powder 11 and a stretchable polymer 21 and roughly pulverizing after cooling.
  • Composite granule 10 having a configuration in which voids are reduced, or rare earth magnet powder 11, stretchable polymer 21 and lubricant 40 are melt-kneaded, cooled, and coarsely pulverized, coated magnet powder, binder
  • a composite dallule 10 having a configuration with component 12, stretchable polymer 21 and lubricant 40 with reduced voids is shown.
  • FIG. 1C shows that the boundary phase 20 mainly composed of the stretchable polymer 21 is arranged in a network at the boundary part between the composite granules 10, and the composite dalule 10 and the composite granules 10 and the network are arranged.
  • An anisotropic bonded magnet according to the present invention having a structure in which a chemical contact point 30 is provided in the boundary phase 20 is shown! /
  • the boundary phase 20 can compensate for a decrease in the stretchability of the magnet due to the increase in the volume fraction of the rare earth magnet powder 11 in the composite durdle 10. Moreover, if the boundary phase 20 becomes a network and becomes a continuous boundary phase between the composite granules 10, the boundary phase 20 existing in the network effectively increases the mechanical stretchability of the entire magnet. become. As a result, it is possible to provide the anisotropic bonded magnet 60 according to the present invention having a high MEP having a shape-corresponding force ranging from an annular shape to an arc shape.
  • 2 14 is a polycrystalline aggregated Nd prepared by hot upsetting (Die— Up- Setting)
  • Polycrystalline aggregated Nd Fe B magnet powder prepared by (Recombination) can be used
  • the coercive force H at 20 ° C after 14 MAZm pulse magnetization should be greater than IMAZm.
  • Fine pulverization is performed by a jet mill, a vibration ball mill, a rotating ball mill, etc., and pulverization is performed so that the Fisher average particle size is 1.5 ⁇ m or less, preferably 1.2 ⁇ m or less.
  • fine powder desirably forms a gradual oxide film on the surface by wet or dry treatment. Further, it may be fine powder subjected to one or more kinds of surface treatments such as a method of forming a metal film or a method of forming an inorganic film.
  • polycrystalline aggregated NdFeB powder 13 or single domain particle type SmFeN fine powder are present invention.
  • the binder component referred to in the present invention is preferably an epoxy compound having a melting point of 70 to: LOO ° C. and having at least two oxosilane rings in the molecular chain.
  • examples include epoxy oligomers obtained by bisphenols and epichlorohydrin or substituted picrohydrin, or obtained by various other methods.
  • Preferable examples include polyglycidino reetenole O crezo mono lenenovolac type epoxy ligomer having an epoxy equivalent of 205 to 220 gZeq and a melting point of 70 to 76 ° C.
  • the binder component 12 is added to the extensible polymer 21 and the polycrystalline aggregated NdFeB powder 13 and the single domain particle type SmFeN fine powder 14 at a melting point or higher of the extensible polymer 21 according to the present invention.
  • the composite dallerule 10 that is obtained by melt-kneading the coated rare earth magnet powder and coarsely pulverizing it can be used in combination with polycrystalline aggregated NdFeB powder 13 and single domain particle type SmFeN fine powder 14.
  • the ratio of both in the bonded magnet is 95% by weight or more, and single domain particle type Sm F
  • the ratio of 2 e N fine powder 14 to 40% by weight or higher is required to achieve high MEP and initial irreversible demagnetization.
  • Such a composite granule 10 can be easily prepared using a heatable kneading apparatus such as a roll mill or a twin screw extruder.
  • the stretchable polymer 21 according to the present invention is preferably polyamide.
  • polyamide examples thereof include nylon 6, nylon 66, nylon 610, nylon 612, nylon 11, nylon 12, etc. nylon, copolymer nylon, and blends thereof.
  • It is a low melting point polyamide that can be used more suitably.
  • a polyamide copolymer having a melting point of 80 to 150 ° C., an acid value of 10 or less, an amine value of 20 or less, and a molecular weight of 4000 to 12000, and an alcohol-soluble polyamide are preferable.
  • the stretchable polymer 21 as described above is softened or melted at the production stage of the bonded magnet according to the present invention, or at least a part thereof is dissolved in an epoxy oligomer suitable as the binder component 12. It exhibits excellent mechanical strength while maintaining low temperature reactivity.
  • the lubricant 40 exhibiting a melt flow accompanied by slip is melt-kneaded at the same time and coarsely pulverized to form the composite dallule 10.
  • the lubricant 40 include a pentaerythritol fatty acid triester compound which is preferably a compound in which the internal slipping action on the rare earth magnet powder 11 and the external slipping action on the molding die wall surface are expressed with good consistency.
  • a melt flow accompanied by a significant slip appears. If it exceeds 15 parts by weight, the external lubricity effect becomes too strong and it becomes difficult to mix into the composite dollule itself, and if it is less than 3 parts by weight, the melt flow phenomenon accompanied by slip is remarkable.
  • An example of the chemical contact 31 that forms the chemical contact point 30 by reacting with the component binder component 12 and the reaction substrate of the stretchable polymer 21 is a hydantoin derivative as shown in (Chemical Formula 1).
  • Rl and R2 are H or an alkyl residue.
  • the composite dallule 10 according to the present invention is mixed with the extensible polymer 21 and the powdered chemical contact 31 forming the chemical contact point 30 therewith. Then, compression molding is performed under an orientation magnetic field.
  • the compression molding pressure is 50 MPa or less. Under such material forms and molding conditions, the generation of new surfaces and microcracks of the rare earth magnet powder 13 is suppressed, so that deterioration of magnetic properties corresponding to permanent deterioration due to acid can be suppressed.
  • the chemical contact point 30 can be formed by removing from the mold and post-curing.
  • the anisotropic direction may be either the direction perpendicular to the plane of the plate magnet, the in-plane direction, or a regular repetition of both.
  • compression molding is performed under a perpendicular or parallel orientation magnetic field.
  • in-plane direction compression molding is performed with the orthogonal magnetic field orientation.
  • the anisotropic bonded magnet that works on the present invention is preferably a thin plate having a thickness of 1.5 mm or less.
  • the relative density of the anisotropic bonded magnet that is useful in the present invention is preferably 98% or more. If the relative density of the magnet decreases, when the chemical contact point 30 is formed, heating in the atmosphere increases the MEP corresponding to the permanent deterioration of the rare earth magnet powder 11 depending on the void volume. .
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the chemical structure of the anisotropic bonded magnet 60 that is useful in the present invention.
  • the range of circle A indicated by the dotted line in the figure indicates the composite granule 10
  • the range of circle B indicates the boundary phase 20.
  • the binder component 12 contained in the composite dalleur 10 represents a polyglycidyl ether O cresol novolac type epoxy oligomer that fixes the rare earth magnet powder 11.
  • stretchable polymer 21 present in part of circle A and circle B polyamide having a terminal carboxyl group is shown.
  • the small circle C in the figure is This shows the Mikal contact point, which shows the formation of a chemical bond at the chemical contact point 30 by the chemical contact 31 shown in (Chemical Formula 1).
  • the functional group of the binder component 12 for fixing the rare earth magnet powder 11 and the stretchable polymer 21 responsible for molecular chain orientation reacts directly with the chemical contact 31 or the binder component 12 by heat to self-organize.
  • the chemical contact 31 penetrates into the binder component 12 and the stretchable polymer 21 at a melting point or higher and is chemically bonded.
  • the boundary phase of the composite granules is provided in a network shape, and the extensible polymer is oriented in the molecular chain in the stretching direction. Then, the plate magnet can be converted into an annular shape or an arc shape by utilizing the flexibility expressed in the direction, and a magnet for a desired permanent magnet type motor can be obtained.
  • the stretching method rolling is preferable when an annular magnet is used, and stamping is preferable when an arc magnet is used. Of course, they can be used together.
  • the anisotropic bonded magnet according to the present invention has a 2. MEP at 20 ° C of 127 kjZm 3 or more when magnetized with OMAZm, and the various permanent magnet type motors targeted by the present invention are high. It can be improved.
  • polycrystalline aggregated NdFeB powder 13 (NdDyFeCoBGaZr) with magnetically anisotropic average particle diameter of 80 m prepared by HDDR treatment and
  • N fine powder 14 was used. Further, the binder component 12 according to the present invention has an epoxy equivalent
  • Polyglycidyl ether mono-O-cresol novolac type epoxy oligomer having 205-220 gZeq and melting point 70-76 ° C was used.
  • the extensible polymer 21 has a melting point 80 including a plasticizer.
  • C polyamide powder having an acid value of 10 or less, an amine value of 20 or less, and a molecular weight of 4000 to 12000 was used.
  • the chemical contact 31 that forms the chemical contact point 30 has the structure shown in (1).
  • a latent epoxy resin hardener (hydantoin derivative) having an average particle diameter of 3 ⁇ m and a melting point of 80 to 100 ° C., and PETE having a melting point of about 52 ° C. were used as the lubricant 40.
  • the bonded magnet which is useful in the present invention is composed of composite dull yule 10 as the main component and composite granule.
  • the composite dollar 10 is composed of a boundary phase 20 that is arranged in a network shape, and the composite dollar 10 and the boundary phase 20 have a structure in which the chemical contact points 30 are chemically bonded.
  • the first step of preparing the anisotropic bonded magnet according to the present invention is a polycrystalline aggregated Nd F
  • the coated rare earth magnet powder is used. Next, it is melt-kneaded together with the stretchable polymer 21, and each granule is polycrystalline aggregated Nd Fe B powder 13, single domain particle type Sm F
  • the composite dull-yule 10 includes a lubricant 40 that develops melt fluidity with slipping, and the particle diameter thereof is 500 m or less.
  • the composite granule 10, the stretchable polymer 21 for forming the boundary phase 20, and the chemical contact point 30 are formed. Compression molding with chemical contact 31 under an oriented magnetic field.
  • the anisotropic bonded magnet that works on the thin plate-like present invention prepared as described above is used as a final step from an annular shape to an arc shape so that it can be applied to various types of permanent magnet motors. Arbitrary shape.
  • the binder component 12 is added to 60 parts by weight of the Nd Fe B powder 13.
  • the ratio of The binder component 12 is preliminarily made into an acetone solution, and Nd Fe B powder 13 or Sm
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the relative density and the compression pressure of the anisotropic bonded magnet of the present embodiment.
  • Comparative Example 1 in the figure shows a case where 0.3 parts by weight of the chemical contact 31 is mixed with 100 parts by weight of the composite dull yule 10 according to the present invention (that is, the second stretchable polymer 21 is not added).
  • the characteristic curve of Comparative Example 2 shows a case where the second composite granule according to the present invention is mixed with 0.3 part by weight of chemical contact 31 with respect to 100 parts by weight (that is, when PETE is not added). ) Show the characteristic curve!
  • a bonded magnet having a relative density of 99% or more (porosity of less than 1%) can be obtained with a compression pressure of only 15 MPa. That is, in the anisotropic bonded magnet according to the present invention, the network boundary phase 20 plays a dominant role in the pressure dependence of the relative density.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the diameter of the disk extension and the thickness of the present embodiment and Comparative Examples 1 and 2.
  • the curve indicated by the dotted line shows the relationship between the diameter and thickness of the magnet with a relative density of 100%.
  • Comparative Example 2 deviates from the above curve, indicating that many voids are included, and suggesting that it is difficult to produce a magnet having a thickness of 830 ⁇ m or less.
  • Comparative Example 1 is plotted on the dotted line showing the relationship between the diameter and thickness of the magnet with a relative density of 100%, indicating that there are few voids. However, it suggests that it is difficult to produce magnets with a thickness of 40 O / zm or less.
  • the network boundary phase plays a major role in reducing voids and thinning of the bonded magnet. It is suggested that such void reduction and thinning of the bonded magnet have an advantageous effect on the production of a smaller-diameter annular magnet when the magnet is made flexible by stretching by boundary phase rolling.
  • FIG. 5 is a view based on an SEM photograph showing a fracture surface of an anisotropic bonded magnet having a thickness of 350 ⁇ m that is useful for the present invention.
  • the relatively large powders shown in the figure are polycrystalline aggregated Nd Fe B powder 13 coated with binder component 12, and the aggregates of relatively small powders are coated with binder component 12.
  • the density of the bonded magnet obtained by the Archimedes method is 5.72Mg / m 3
  • the logical density including the binder component is 5.77Mg / m 3
  • the relative density of the anisotropic bonded magnet of this embodiment is 99. 01%.
  • the theoretical density of the magnet is 7.
  • the anisotropic bonded magnet according to the present invention is a conventional isotropic Nd Fe B bonded magnet.
  • ultra-low pressure compression of 15 MPa can produce a bonded magnet with almost no void while suppressing damage such as crushing of magnetic powder and microcracks.
  • an inexpensive non-magnetic material such as SUS304 can be used for compression molds such as upper and lower punches and dies.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the limit of formation of an annular magnet in an anisotropic bonded magnet having a thickness of 300 to 1500 ⁇ m that is useful for the present invention.
  • each bonded magnet is rolled at 120 ° C with a rolling reduction (elongation) of 4 to 5%, cooled to room temperature, and then wound around a mandrel with a different diameter using the flexibility developed in the rolling direction.
  • the critical diameter was calculated without micro cracks. It is.
  • Comparative Example 1 shown in the figure corresponds to Comparative Example 1 of FIGS. 3 and 4, and the difference from the present embodiment is that there is no network boundary phase at the boundary of the composite dollar-yule. Even in Comparative Example 1 where the boundary phase 20 mainly composed of the stretchable polymer 21 does not exist, flexibility is exhibited in the rolling direction by stretching of the stretchable polymer 21 contained in the composite dollule 10 by rolling. To do.
  • the main component in the network boundary phase 20 is the stretchable polymer 21, and the single domain particle type Sm Fe
  • a magnet with a thickness of 300 ⁇ m can be wound around a mandrel with a diameter of 200 ⁇ m. That is, by forming an annular magnet with a thickness of 300 / zm on a rotating shaft with a diameter of 200 / zm, an annular magnet rotor with a diameter of 0.8mm can be made with an anisotropic rare earth bonded magnet. Compared to the shape, the ability to cope with the shape is greatly increased.
  • the MEP was 965kAZm. Also, different thickness of 300 ⁇ m
  • the MEP was 127 kjZm 3 and the coercive force H was 976 kAZm.
  • the MEP of the conventional isotropic bonded magnet is industrially about 80 kjZm 3 . Also, according to Japanese Patent Laid-Open No. 6-330102, it is difficult to produce a thin plate magnet having a thickness of less than 1 mm by compression molding in a parallel magnetic field with a high degree of orientation. On the other hand, the anisotropic bonded magnet according to the present invention can provide a bonded magnet having a MEP of 127 kjZm 3 even when the thickness is 300 ⁇ m.
  • FIG. 7 shows an example of a small motor equipped with the anisotropic bonded magnet of the present invention.
  • the motor 50 includes a rotor core 51 around which an anisotropic bonded magnet is wound, and a stator 52.
  • the rotor core 51 and the stator 52 are normally used, and can be configured as described above.
  • the anisotropic bonded magnet according to the present invention is a magnet having a high MEP and a shape-corresponding force, and a permanent magnet type magnet that requires various shapes such as an annular force and an arc shape. Suitable for high output, small and light weight.
  • the present invention can provide a bonded magnet suitable for a high output key, small size and light weight of a magnet rotor type or magnet field type permanent magnet type motor used for driving electric and electronic equipment. Furthermore, a small motor using the same can be provided.

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Abstract

複合グラニュールに滑りを伴う溶融流動性を付与し、延伸性高分子、ケミカルコンタクトとともに、磁界中圧縮成形し、網目状境界相を有する異方性希土類ボンド磁石を提供する。このようにして、最大エネルギー積が厚さ１ｍｍで１４７ｋＪ／ｍ３、厚さ３００μｍで１２７ｋＪ／ｍ３を有するボンド磁石が得られる。このボンド磁石は、永久磁石型モータの高出力化、小型軽量化に貢献する。

Description

明 細 書
自己組織化した網目状境界相を有する異方性希土類ボンド磁石とそれを 用いた永久磁石型モータ
技術分野
[0001] 本発明は電気電子機器の駆動用として使用される永久磁石型モータに搭載される 自己組織化した網目状境界相を有する異方性希土類ボンド磁石に関する。
背景技術
[0002] 代表的な希土類磁石としては焼結磁石と、メルトスピンユング法による急冷磁石の 2 種類がある。
[0003] まず、最大エネルギー積（MEP)が 216〜296kjZm3である希土類焼結磁石は M RI、 VCM、 FAや EVなど機械出力数百 W〜数十 kWに至る比較的大型のモータな どへ広く普及している。
[0004] 一方、メルトスパンリボンを粉砕した RE—TM— B系急冷磁石粉末を榭脂で固定し た MEPが 72kjZm3以下である小口径環状等方性希土類ボンド磁石は、永久磁石 型小型モータに使用されている。そして、メルトスパンリボンを粉砕して製造される等 方性希土類ボンド磁石の高 MEP化は、大きな進展はみられない。上記に拘らず、電 気'電子機器の高性能化、高付加価値化を求める背景のもと、永久磁石型モータの 更なる小型軽量化、高出力化に対する要求が絶えない。
[0005] この要求に対応するために、異方性ボンド磁石の開発が活発に行われている。そし て、 MEPが 150kjZm3の異方性希土類ボンド磁石も得られている。さらに、熱安定 性が期待される保磁力 H が 1. 20MAZm以上の異方性希土類磁石粉末も開発さ
CJ
れている。しかし、上記、異方性希土類磁石粉末を用いた高 MEPを持つ希土類ボン ド磁石は円柱や立方体で試作されたものであり、実際には一般的な小型モータには 殆ど使用されない。その理由は、本発明が対象とする小型モータに搭載する磁石の 形状は、単純な円柱や立方体ではなぐ例えば肉厚 lmm以下の小口径の環状、或 いは円弧状だ力 である。さらに、環状磁石の場合には半径方向に磁気異方化され たラジアル異方性の希土類ボンド磁石が必要となる。このような、ラジアル配向磁界 の発生手段は、特開昭 57— 170501号公報に記載されている。すなわち、環状成 形型キヤビティを取り囲んで磁性体ヨークと非磁性体ヨークとを交互に組み合わせ、 且つ外側に励磁コイルを配置した成形型を用いる。この方法では、環状成形型キヤ ビティに所定の強さのラジアル配向磁界を発生させるために、大きな起磁力を必要と する。しかし、環状成形型キヤビティの外周から磁性体ヨークにより励磁コイルで励磁 した磁束を環状成形型キヤビティに有効に集束させるには、磁性体ヨークの磁路を長 くする必要がある。特に、環状成形型キヤビティが小口径 (或いは、長尺）となると、起 磁力のカゝなりの割合が漏洩磁束として消費される。その結果、環状成形型キヤビティ の配向磁界が減少し、円柱や立方体で試作した高 MEPを持つ希土類ボンド磁石と は異なり、実際には MEPが低下した環状や円弧状の希土類ボンド磁石し力製造で きないという課題がある。
[0006] 更には、圧縮成形圧力が 600〜： LOOOMPaと高いため、成形時に異方性希土類磁 石粉末に新生面やマイクロクラックが発生し易ぐ酸化に基づく永久劣化による減磁 曲線の角型性の低下や不可逆減磁率の増加による磁気特性の低下も避けられない という課題がある。
発明の開示
[0007] 本発明は
希土類磁石粉末と、
反応基質を有するオリゴマーまたはプレボリマーと、
延伸性高分子と、
を有する複合グラニュールを
前記延伸性高分子とケミカルコンタクトと共に圧縮成形し、前記複合ダラ-ユールの 周囲に、前記延伸性高分子を主成分とする境界相を網目状に配置し、前記複合ダラ 二ユールと前記延伸性高分子とをケミカルコンタクトポイントでィヒ学的に結合する自己 組織化した網目状境界相を有する異方性希土類ボンド磁石を提供する。
[0008] さらに本発明は、上記自己組織化した網目状境界相を有する異方性希土類ボンド 磁石を搭載した永久磁石型モータを提供する。
図面の簡単な説明 [0009] [図 1A]図 1Aは本発明の実施の形態に係る異方性ボンド磁石の説明図である。
[図 1B]図 1Bは本発明の実施の形態に係る異方性ボンド磁石の説明図である。
[図 1C]図 1Cは本発明の実施の形態に係る異方性ボンド磁石の説明図である。
[図 2]図 2は本発明の実施の形態に係る異方性ボンド磁石の化学構造の一例を説明 する図である。
[図 3]図 3は本発明の実施の形態に係る異方性ボンド磁石の相対密度の圧力依存性 を示す図である。
[図 4]図 4は本発明の実施の形態に係る異方性ボンド磁石の円板伸びの直径と厚さ の関係を示す図である。
[図 5]図 5は本発明の実施の形態に係る異方性ボンド磁石の破断面を示す図である
[図 6]図 6は本発明の実施の形態に係る異方性ボンド磁石の厚さと環状磁石の形成 限界を示す図である。
[図 7]図 7は本発明の実施の形態に係る異方性ボンド磁石を搭載したモータを示す 部分切取図である。
符号の説明
[0010] 10 複合グラニュール
11 希土類磁石粉末
12 結合剤成分 (反応基質を有するオリゴマーまたはプレボリマー） 13 磁気的に異方性の多結晶集合型 Nd Fe B粉末
2 14
14 磁気的に異方性の単磁区粒子型 Sm Fe N微粉末
2 17 3
20 (網目状)境界相
21 延伸性高分子
30 ケミカルコンタクトポイント
31 ケミカノレコンタクト
40 滑剤
50 モータ
51 ロータ鉄心 52 ステータ
60 本発明に係る異方性ボンド磁石
発明を実施するための最良の形態
[0011] 本発明は永久磁石型モータの更なる小型軽量ィ匕ゃ高出力化の要求に応えるため 、高工ネルギ一積 (MEP)化が余り進展して!/、な 、磁気的に等方性の希土類ボンド 磁石 (以後ボンド磁石という）に換え、異方性の希土類磁石粉末を用いて小口径ィ匕し ても MEPが殆ど変化しな ヽような形状対応力を備えた網目状境界相を有する異方 性のボンド磁石を提供する。小型モータに適用し得る任意の環状、或いは円弧状で 、例えば、 127kjZm3以上の高 MEPを有するボンド磁石が提供できれば、電気電 子機器の高性能化を促すことができる。すなわち、新規な高出力'省電力永久磁石 型モータを提供できることになる。何故ならば、従来の等方性のボンド磁石の MEPは 工業的には略 80kjZm3である。これに対し、任意の環状、或いは円弧状で 127kjZ m3以上の高 MEPを有するボンド磁石が適用できれば、モータ磁石と鉄心との空隙 磁束密度は略 MEPの比の平方根となるから、当該永久磁石型モータの設計思想に よるが、略 25%以上の高出力化、小型化が見込まれる。
[0012] 本発明にかかる自己組織化した網目状境界相を有するボンド磁石 (以後本発明に 力かる異方性ボンド磁石という）とは、永久磁石型モータの高性能化のための環状か ら円弧状に至る多様な形状対応力と MEPに代表される磁気特性とを両立させている
[0013] 本発明にカゝかる異方性ボンド磁石の構成は、希土類磁石粉末と反応基質を有する オリゴマーまたはプレボリマー（以後結合剤成分と!/、う）と延伸性高分子とから構成し た複合ダラ-ユールを延伸可能な高分子、ケミカルコンタクトと共に圧縮成形し、上記 複合グラニュールの周囲に、延伸性高分子を主成分とする境界相を網目状に配置 する。このようにして、ケミカルコンタクトポイントの形成による化学的結合で希土類磁 石粉末を固定化する結合剤成分と、形状対応力を担う延伸性高分子とからなるマトリ タス構造を有している。
[0014] なお、溶融混練の際に滑剤を添加することが好ましい。滑剤としてはペンタエリスリ トール脂肪酸エステルが好ましい。その添加量は延伸性高分子 100重量部に対して 3〜15重量部とする。そして、複合グラニュールと、複合グラニュールと網目状に構 成した境界相とに、ケミカルコンタクトポイントを設けて延伸性と耐候性を改善する。
[0015] 他方では、複合グラニュールと延伸性高分子とを滑りを伴う溶融流動条件下、 5MP a以上で圧縮し、圧縮方向との直交断面が扁平状の複合グラニュールと網目状境界 相との構成とする。また、複合グラニュールに含まれる希土類磁石粉末を平均粒子径 50 μ m以上の磁気的に異方性の多結晶集合型 Nd Fe B粉末と、平均粒子径 3 μ
2 14
m以下の磁気的に異方性の単磁区粒子型 Sm Fe N微粉末とする。とくに、希土類
2 17 3
磁石粉末に占める単磁区粒子型 Sm Fe N微粉末の割合を 40%以上とする。
2 17 3
[0016] また、結合剤成分としてォキシラン環を有する融点 70〜： LOO°Cのエポキシィ匕合物 の 1種または 2種以上を、延伸性高分子として融点 80〜150°Cのポリアミドを用いるこ とが好ましい。更にはケミカルコンタクトとして、結合剤成分、並びに延伸性高分子の 反応基質と架橋反応し得る粉末状の潜在性エポキシ榭脂硬化剤が好ましい。
[0017] 更には、本発明に係る異方性ボンド磁石中に占める希土類磁石粉末の割合を 95 重量％以上とする。そして、面に垂直方向、面内方向、或いは両者を規則的に繰り 返した配向磁界下で圧縮成形し、相対密度が 98%以上、厚さ 1. 5mm以下の板状 であるボンド磁石とする。最終的にはケミカルコンタクトポイントを介してボンド磁石全 体を圧延により機械的に延伸し、圧延方向に生じる可撓性を利用して環状とする。或 いはまた、スタンビングによって咅分的に延伸率を変えて円弧状とする。
[0018] 上記、本発明に係る異方性ボンド磁石は、 2. OMAZmで磁ィ匕した際の 20°Cの M EPが通常 127kjZm3以上となり、本発明の対象となる小型の永久磁石型モータを 高性能化できる。
[0019] 図 1A〜1Cは本発明に係る異方性ボンド磁石の模式図である。図 1 Aに示すように 、平均粒子径 50 m以上の磁気的に異方性の多結晶集合型 Nd Fe B粉末 13と、
2 14
平均粒子径 3 μ m以下の磁気的に異方性の単磁区粒子型 Sm Fe N微粉末 14は
2 17 3
、結合剤成分 (反応基質を有するオリゴマーまたはプレボリマー） 12で被覆された希 土類磁石粉末 11を構成して 、る。
[0020] また、図 1Bに示すように、希土類磁石粉末 11と延伸性高分子 21とを溶融混練し冷 却後粗粉砕した被覆処理済磁石粉末、結合剤成分 12、及び延伸性高分子 21との 構成で空隙部分を減少させた構成の複合グラニュール 10、或 、は希土類磁石粉末 11と延伸性高分子 21と滑剤 40とを溶融混練し冷却後、粗粉砕した被覆処理済磁石 粉末、結合剤成分 12、延伸性高分子 21、及び滑剤 40との構成で空隙部分を減少さ せた構成の複合ダラ-ユール 10を示して 、る。
[0021] 更に、図 1Cは複合グラニュール 10相互の境界部分に延伸性高分子 21を主成分と する境界相 20を網目状に配し、複合ダラ-ユール 10、並びに複合グラニュール 10と 網目状境界相 20とにケミカルコンタクトポイント 30を設けた構造の本発明にかかる異 方性ボンド磁石を示して！/、る。
[0022] これにより、複合ダラ-ユール 10中の希土類磁石粉末 11の体積分率増に伴う磁石 の延伸性の低下を境界相 20で補うことができる。また、境界相 20が網目状となって 複合グラニュール 10の相互間で連続的な境界相となれば、網目状に存在する境界 相 20が磁石全体の機械的延伸性を効果的に高めることになる。その結果、環状から 円弧状に至る形状対応力を備えた高 MEPを有する本発明に係る異方性ボンド磁石 60を提供できる。
[0023] 上記、本発明にかかる希土類磁石粉末 11のうち、多結晶集合型 Nd Fe B粉末 13
2 14 としては熱間据込加工 (Die— Up— Setting)によって準備された多結晶集合型 Nd
2
Fe (Hydrogenation— Decomposition— Desorpsion
Figure imgf000008_0001
—Recombination)で準備した多結晶集合型 Nd Fe B磁石粉末などが使用できる
2 14
。なお、前記希土類磁石粉末 11の表面を予め光分解した Znなど不活性ィ匕処理した 希土類磁石粉末なども用いてもよい。なお、それら多結晶集合型 Nd Fe B粉末 13
2 14 の 4MAZmパルス着磁後の 20°Cにおける保磁力 H は、 IMAZm以上のものが望
CJ
ましい。
[0024] 一方、本発明に力かる磁気的に異方性の単磁区粒子型 Sm Fe N微粉末は、還
2 17 3
元拡散 (RD)法で RE— Fe系合金又は RE— (Fe、 Co)系合金を製造し、これを窒化 した後微粉砕することによって得られる。微粉砕はジェットミル、振動ボールミル、回 転ボールミルなどで行い、フィッシャー平均粒径で 1. 5 μ m以下、好ましくは 1. 2 μ m以下となるように微粉砕する。なお、微粉末は発火防止などハンドリング性を向上さ せるため、湿式ないし乾式処理による徐酸化皮膜を表面に形成することが望ましい。 また、金属皮膜を形成する方法や、無機皮膜を形成する方法など、 1種以上の表面 処理を行った微粉末であってもよ 、。
[0025] 本発明では多結晶集合型 Nd Fe B粉末 13または単磁区粒子型 Sm Fe N微粉
2 14 2 17 3 末 14の表面に結合剤成分 (オリゴマーまたはプレボリマー） 12を被覆した希土類磁 石粉末を準備する。具体的には、予め多結晶集合型 Nd Fe B粉末 13または単磁
2 14
区粒子型 Sm Fe N微粉末 14と、結合剤成分 12オリの有機溶媒溶液とを湿式混合
2 17 3
し、次に脱溶媒、解砕し、必要に応じて適宜分級する。なお、本発明で言う結合剤成 分とは融点 70〜： LOO°C、且つ分子鎖中に少なくとも 2個以上のォキシラン環を有す るエポキシ化合物が好ましい。例としては、ビスフエノール類とェピクロルヒドリン或は 置換工ピクロルヒドリンとにより得られるもの，或いはその他各種の方法によって得ら れるエポキシオリゴマーがある。好ましくは、エポキシ当量 205〜220gZeq,融点 70 〜76°Cのポリグリシジノレエーテノレ O クレゾ一ノレノボラック型エポキシ才リゴマーを 挙げることができる。
[0026] 本発明に係る延伸性高分子 21の融点以上で、延伸性高分子 21と多結晶集合型 Nd Fe B粉末 13、並びに単磁区粒子型 Sm Fe N微粉末 14に結合剤成分 12を
2 14 2 17 3
被覆した希土類磁石粉末を溶融混練し、粗粉砕した複合ダラ-ユール 10は多結晶 集合型 Nd Fe B粉末 13と単磁区粒子型 Sm Fe N微粉末 14とを併用することが
2 14 2 17 3
望ましい。ボンド磁石中の両者の割合を 95重量％以上、更には単磁区粒子型 Sm F
2 e N微粉末 14の割合を 40重量％以上とすることが、高 MEP化や初期不可逆減磁
17 3
抑制の観点から好適である。
[0027] このような、複合グラニュール 10はロールミルや 2軸押出機など加熱可能な混練装 置を用いて容易に準備できる。
[0028] 一方、本発明に係る延伸性高分子 21としてはポリアミドが好ましい。その例としては 、ナイロン 6、ナイロン 66、ナイロン 610、ナイロン 612、ナイロン 11、ナイロン 12等の ナイロン、共重合ナイロン、そしてそれらのブレンド品等が挙げられる。より好適に用 いられる低融点ポリアミドであり、例えば融点 80〜150°C、酸価 10以下、アミン価 20 以下、分子量 4000〜12000のポリアミドコポリマー、アルコール可溶性ポリアミドな どが好ましい。 [0029] 上記のような延伸性高分子 21は本発明にかかるボンド磁石の製造段階で、軟化も しくは融解、あるいは結合剤成分 12として好適なエポキシオリゴマーに少なくとも一 部が溶解することにより、低温での反応性を保持しつつ、優れた機械的強度を発現 する。
[0030] 一方、本発明では滑りを伴う溶融流動が発現する滑剤 40を同時に溶融混練し、粗 粉砕して複合ダラ-ユール 10とすることが好ましい。滑剤 40は、例えば希土類磁石 粉末 11への内部滑性作用と成形型壁面への外部滑性作用とが整合性よく発現する 化合物で好ましぐペンタエリスリトール脂肪酸トリエステルイ匕合物が例示できる。その 中で、 PETEの添加量を延伸性高分子 100重量部に対して 3〜15重量部とすると、 顕著な滑りを伴う溶融流動が発現する。 15重量部を超えると外部滑性効果が強くな り過ぎ、複合ダラ-ユールへの混入自体が困難となり、 3重量部未満では滑りを伴う 溶融流動現象は顕著でな 、。
[0031] 上記のような、複合ダラ-ユール 10に滑りを伴う溶融流動が発現する条件下では、 希土類磁石粉末 11の割合を 95重量％以上としても、厚さ lmm程度の薄板状磁石 を高 、配向度を維持したまま圧縮成形することができる。
[0032] なお、成分結合剤成分 12、および延伸性高分子 21の反応基質と反応してケミカル コンタクトポイント 30を形成するケミカルコンタクト 31の例としては、（化 1)で示される ようなヒダントイン誘導体カゝらなる粉末状の潜在性エポキシ榭脂硬化剤があげられる
[0033] [化 1]
Figure imgf000010_0001
[0034] ただし、式中、 Rl, R2は Hまたはアルキル残基である。
[0035] 以上のように、本発明にかかる複合ダラ-ユール 10を延伸性高分子 21、並びにそ れらとケミカルコンタクトポイント 30を形成する粉末状のケミカルコンタクト 31と混合し 、配向磁界下で圧縮成形する。圧縮成形圧力は 50MPa以下とする。このような材料 形態、成形条件下では希土類磁石粉末 13の新生面やマイクロクラックの生成が抑制 されるため、酸ィ匕による永久劣化に相当する磁気特性の劣化を抑制することができる
[0036] なお、配向磁界下での圧縮成形において、成形型からの熱伝導により複合ダラ- ユール 10、および延伸可能な高分子 21を溶融状態とする。その結果、多結晶集合 型 Nd Fe B粉末 13、並びに単磁区粒子型 Sm Fe N微粉末 14は配向磁界によつ
2 14 2 17 3
て磁ィ匕容易軸 (C軸）を一定方向に揃える再配列を起こす。そして、この状態で 50M Pa以下で圧縮成形し、更に加熱加圧を継続してケミカルコンタクトポイント 30を形成 させ、本発明にカゝかる異方性ボンド磁石 60とする。或いは、ー且成形型から脱型し、 後硬化によってケミカルコンタクトポイント 30を形成させても差支えない。
[0037] 異方化方向は板状磁石の面に垂直方向、または面内方向のどちらか一方、或いは 両者の規則的繰返しであっても差支えない。面に垂直方向の場合は直交または平 行配向磁界下で圧縮成形し、面内方向の場合には直交磁界配向で圧縮成形し、面 に垂直方向、または面内方向の規則的繰返しとする場合は、希土類焼結磁石、或い は希土類焼結磁石とパーメンジュールのような高透磁率軟磁性体を組合せた既知の 成形型等を使用することで所望の方向に配向磁界分布を設けることができる。
[0038] 上記、本発明に力かる異方性ボンド磁石は厚さ 1. 5mm以下の薄板状が望ましい。
更に、本発明に力かる異方性ボンド磁石の相対密度は 98%以上が好ましい。磁石 の相対密度が低下すると、ケミカルコンタクトポイント 30を形成する際、大気中で熱す ると空隙量に応じて希土類磁石粉末 11の永久劣化分に相当する MEPの低下が大 きくなるからである。
[0039] 図 2は本発明に力かる異方性ボンド磁石 60の化学構造の一例を示す模式図であ る。ただし、図中点線で示した円 Aの範囲は複合グラニュール 10、円 Bの範囲は境 界相 20を示している。また、複合ダラ-ユール 10に含まれる結合剤成分 12は希土類 磁石粉末 11を固定するポリグリシジルエーテル O クレゾ一ルノボラック型ェポキ シオリゴマーを示している。さら〖こ、円 Aの一部と円 Bに存在する延伸性高分子 21とし ては、末端カルボキシル基を有するポリアミドを示している。更に、図中の小円 Cはケ ミカルコンタクトポイントを示し、（化 1 )で示したケミカルコンタクト 31によるケミカルコン タクトポイント 30の化学結合の形成を示したものである。図のように、希土類磁石粉末 11を固定する結合剤成分 12、分子鎖配向を担う延伸性高分子 21の官能基は、熱 によりケミカルコンタクト 31、或いは結合剤成分 12と直接反応して自己組織化する。 なお、この例ではケミカルコンタクト 31は融点以上で結合剤成分 12、延伸性高分子 21に浸入し、化学結合する。
[0040] 以上のような本発明に係る異方性ボンド磁石 60は、複合グラニュールの境界相を 網目状に設け、延伸性高分子を延伸方向に分子鎖配向する。すると当該方向に発 現する可撓性を利用して板状磁石を環状または円弧状に形状変換し、所望の永久 磁石型モータのための磁石とすることができる。延伸の方法としては環状磁石とする 場合には圧延、円弧状磁石とする場合にはスタンビングが好ましい。勿論、それらを 併用しても差支えない。
[0041] なお、本発明に係る異方性ボンド磁石は 2. OMAZmで磁ィ匕した際の 20°Cの ME Pが 127kjZm3以上となり、本発明の対象とする各種永久磁石型モータを高性能化 できる。
[0042] 以下、本発明に係る異方性ボンド磁石を実施の形態により更に詳しく説明する。た だし、本発明は実施の形態によって限定されるものではない。なお、図面は模式図で あって各位置を寸法的に正しく示すものではない。
[0043] (実施の形態）
1.原料
本実施の形態では、 HDDR処理によって準備された磁気的に異方性の平均粒子 径 80 mの多結晶集合型 Nd Fe B粉末 13 (Nd Dy Fe Co B Ga Zr )と
2 14 12.3 0.3 64.7 12.3 6.0 0.6 0.1
、 RD法により作製した平均粒子径 3 μ mの磁気的に異方性の単磁区粒子型 Sm Fe
2
N微粉末 14とを使用した。また，本発明にかかる結合剤成分 12は、エポキシ当量
17 3
205〜220gZeq,融点 70〜76°Cのポリグリシジルエーテル一 O—クレゾ一ルノボラ ック型エポキシオリゴマ—を用いた。延伸性高分子 21として、可塑剤を含む融点 80 。C、酸価 10以下、アミン価 20以下、分子量 4000〜12000のポリアミド粉末を用いた 。ケミカルコンタクトポイント 30を形成するケミカルコンタクト 31は (ィ匕 1)で示した構造 の平均粒子径 3 μ m、融点 80〜100°Cの潜在性エポキシ榭脂硬ィ匕剤（ヒダントイン 誘導体）、滑剤 40には融点約 52°Cの PETEを用いた。
[0044] 2.空隙量の減少と薄肉化
本発明に力かるボンド磁石は複合ダラ-ユール 10を主成分とし、複合グラニュール
10の周囲を網目状に配した境界相 20とで構成し、複合ダラ-ユール 10と境界相 20 とはケミカルコンタクトポイント 30により化学的に結合した構造を有している。
[0045] 上記、本発明に係る異方性ボンド磁石を準備する第 1段階は、多結晶集合型 Nd F
2 e B粉末 13と単磁区粒子型 Sm Fe N微粉末 14とを、それぞれ結合剤成分 12で
14 2 17 3
被覆した希土類磁石粉末とする。つぎに、延伸性高分子 21と一括して溶融混練し、 一つひとつのグラニュールが多結晶集合型 Nd Fe B粉末 13、単磁区粒子型 Sm F
2 14 2 e N微粉末 14、延伸性高分子 21を構成成分とする溶融流動性をもつ複合ダラニュ
17 3
ール 10とすることにある。更に好ましくは、複合ダラ-ユール 10に滑りを伴う溶融流動 性を発現させる滑剤 40を含ませ、その粒子径を 500 m以下とする。
[0046] 本発明に係る異方性ボンド磁石を準備する第 2段階では、複合グラニュール 10を、 境界相 20を形成するための延伸性高分子 21と、ケミカルコンタクトポイント 30を形成 するためのケミカルコンタクト 31と共に配向磁界下で圧縮成形する。以上により準備 した薄板状の本発明に力かる異方性ボンド磁石は最終段階として、その延伸性を利 用して多様な形態の永久磁石型モータに適用されるように、環状から円弧状に至る 任意の形状とする。
[0047] 本実施の形態では、先ず Nd Fe B粉末 13が 60重量部に対して結合剤成分 12を
2 14
3重量部、 Sm Fe N微粉末 14が 40重量部に対して結合剤成分 12を 0. 8重量部
2 17 3
の割合とする。結合剤成分 12は予めアセトン溶液とし、 Nd Fe B粉末 13または Sm
2 14 2
Fe N微粉末 14と湿式混合したのち、 80°Cでアセトンを揮散させ本発明に力かる表
17 3
面処理済希土類磁石粉末とする。
[0048] 次に、 Nd Fe B粉末 13と Sm Fe N微粉末 14との混合比が 6 :4を基準とした表
2 14 2 17 3
面処理済希土類磁石粉末 100重量部に対し、延伸性高分子 21としてポリアミドを 3 重量部、 PETEを 0. 3重量部として 120°Cのロールミルで溶融混練する。そして、冷 却後 500 m以下に粗粉砕し、本発明にかかる複合ダラ-ユール 10とする。他方で は、 PETEを添加しな ヽこと以外は同様にして作製した複合ダラ-ユールを本発明に 力かる第二の複合グラニュールとする。
[0049] 更に、複合グラニュール 10の 100重量部に対して、延伸性高分子 21を 0. 5重量部 、ケミカルコンタクト 31を 0. 3重量部混合し成形用材料とする。その材料を 5g計量し 、 140°C、 1. 4MAZmの平行磁界中で圧縮する。
[0050] 図 3は上記、本実施の形態の異方性ボンド磁石の相対密度と圧縮圧力との関係を 示す図である。なお、図中比較例 1は本発明にかかる複合ダラ-ユール 10が 100重 量部に対してケミカルコンタクト 31を 0. 3重量部混合した場合 (つまり 2回目の延伸 性高分子 21を添加しない場合)の特性曲線、比較例 2は本発明にかかる第二の複 合グラニュールが 100重量部に対してとケミカルコンタクト 31を 0. 3重量部混合した 場合 (すなわち PETEを添加しな 、場合)の特性曲線を示して！/、る。図に示すように 本実施の形態や比較例 1では、滑剤（PETE)による滑りに基づく溶融流動により、 1 5〜50MPaの範囲で相対密度の圧力依存性が減少する。しかし、比較例 1と 2は何 れも複合ダラ-ユールの圧縮成形後の境界面に網目状の境界相は存在しない。した 力 Sつて、網目状の境界相 20が存在する本実施の形態は、比較例 1と同様な圧力依 存性を示すが相対密度がより高まっている。すなわち境界相 20はボンド磁石中の空 隙を埋める効果があると言える。このようなボンド磁石中の空隙量の減少は、希土類 磁石粉末 11の酸化による永久劣化を抑制する。また、本実施の形態カゝら明らかなよ うに、僅か 15MPaの圧縮圧力で相対密度 99%以上 (空隙率 1%未満）のボンド磁石 が得られる。すなわち、本発明に係る異方性ボンド磁石では網目状境界相 20が相対 密度の圧力依存性に支配的な役割を演じて 、る。
[0051] 図 4は上記本実施の形態、並びに比較例 1、比較例 2の円板伸びの直径と厚さの 関係を示す図である。図において、点線で示す曲線は相対密度 100%とした磁石の 直径と厚さの関係を示している。比較例 2は前記曲線上から外れており、空隙が多く 含まれて 、ることを示して 、ると共に、厚さ 830 μ m以下の磁石の作製が困難である ことを示唆している。これに対し、比較例 1は相対密度 100%とした磁石の直径と厚さ の関係を示す点線上にプロットされ、空隙が少ないことを示している。しかし、厚さ 40 O /z m以下の磁石の作製が困難であることを示唆している。これに対し、本実施の形 態では相対密度 100%とした磁石の直径と厚さの関係を示す点線上にプロットされ、 し力も、厚さ 200 μ mまでのボンド磁石が作製可能なことが示唆されている。このよう に、本発明では、空隙が極めて少なぐ且つ薄肉ボンド磁石の作製が可能となる。
[0052] 以上のように、本発明に力かる異方性ボンド磁石では網目状境界相がボンド磁石 の空隙減少や薄肉ィ匕にも大きな役割を果たして 、るのである。このようなボンド磁石 の空隙減少や薄肉化は、境界相の圧延による延伸で磁石に可撓性を付与したとき、 より小口径の環状磁石の作製に有利に作用することを示唆している。
[0053] 3.磁石の形状対応力と MEP
図 5は、厚さ 350 μ mの本発明に力かる異方性ボンド磁石の破断面を示す SEM写 真に基づく図である。図で見られる比較的大きな粉末は結合剤成分 12で被覆された 多結晶集合型 Nd Fe B粉末 13、比較的小さな粉末の凝集体は結合剤成分 12で被
2 14
覆された Sm Fe N微粉末 14であり、それらは滑剤 40を含ませた延伸性高分子 21
2 17 3
の溶融混練で均一に分散されている。また、多結晶集合型 Nd Fe B粉末 13には損
2 14
壊やマイクロクラックも観察されない。図では、境界相 20やケミカルコンタクトポイント 3 0等の榭脂成分は観測できな 、。アルキメデス法により求めたボンド磁石の密度は 5 . 72Mg/m3で、結合剤成分を含めた論理密度を 5. 77Mg/m3とすると、本実施の 形態の異方性ボンド磁石の相対密度は 99. 01%となる。ただし、磁石の理論密度は 多結晶集合型 Nd Fe B粉末 13を 7.
2 14 55MgZm3、単磁区粒子型 Sm Fe N微粉
2 17 3 末 14を 7. 68Mg/m3、結合剤成分を 1. 02Mg/m3として算出した。
[0054] このように、本発明にかかる異方性ボンド磁石は従来の等方性 Nd Fe Bボンド磁
2 14 石の 600〜1000MPa〖こ比べ、例えば 15MPaの超低圧圧縮で磁石粉末の破砕や マイクロクラックなどの損傷を抑えながら、ほぼ空隙のな 、ボンド磁石とすることができ る。しかも、 15MPaの低圧圧縮であるから、上下パンチやダイなどの圧縮成形型に S US304など廉価な非磁性材料を採用することができる利点もある。
[0055] 図 6は厚さ 300〜1500 μ mの本発明に力かる異方性ボンド磁石における環状磁石 の形成限界を説明する図である。ただし、各ボンド磁石を 120°Cで圧下率 (伸び率) 4 〜5%の圧延を施し、室温に冷却後、圧延方向に発現する可撓性を利用して直径の 異なるマンドレルに磁石を巻き付け、マイクロクラックが発生しな 、限界径を求めたも のである。また、図に示す比較例 1は図 3, 4の比較例 1に対応するもので、本実施の 形態と異なる点は複合ダラ-ユールの境界に網目状境界相が存在しないものである 。延伸性高分子 21を主成分とする境界相 20が存在しない比較例 1でも、圧延によつ て複合ダラ-ユール 10に含まれる延伸性高分子 21の延伸によって圧延方向に可撓 性が発現する。
[0056] しかし、図 5に示したように単磁区粒子型 Sm Fe N微粉末 14の分散により、その
2 17 3
体積分率に応じた剛性の増加が原因となって限界径が大きくなる。本実施の形態で は、網目状境界相 20での主成分は延伸性高分子 21であり、単磁区粒子型 Sm Fe
2 17
N微粉末 14の体積分率に応じた剛性の増加がないので、磁石全体の可撓性が改
3
善される。例えば、厚さ 300 μ mの磁石であれば直径 200 μ mのマンドレルに巻き付 けができる。すなわち、直径 200 /z mの回転軸に厚さ 300 /z mの環状磁石を形成す ることで、直径 0. 8mmの環状磁石回転子を異方性希土類ボンド磁石で作製できる など、比較例 1に比べて格段に形状対応力が増す。
[0057] 上記、本発明に力かる厚さ 1mmの異方性ボンド磁石の 4MAZmパルス着磁後の
MEPは、 は 965kAZmであった。また、厚さ 300 μ mの異
Figure imgf000016_0001
方性ボンド磁石の場合でも MEPは 127kjZm3、保磁力 H は 976kAZmであった。
Figure imgf000016_0002
[0058] 従来の等方性ボンド磁石の MEPは、工業的には略 80kjZm3である。また、特開 平 6— 330102号公報によれば、平行磁界中圧縮成形で厚さ lmm未満の薄板磁石 を配向度よく作製するのは困難とされている。これに対し、本発明に係る異方性ボン ド磁石は、厚さ 300 μ mの場合でも MEPが 127kjZm3であるボンド磁石が得られる 。その結果、永久磁石型モータの鉄心との空隙磁束密度は略 MEPの比の平方根に 比例するから、本発明に係る異方性ボンド磁石を用いることにより略 25%以上の高 出力化、小型化が可能でとなる。図 7は本発明の異方性ボンド磁石を搭載した小型 モータの例を示している。モータ 50は、異方性ボンド磁石を巻き付けたロータ鉄心 5 1と、ステータ 52を有している。なお、ロータ鉄心 51ゃステータ 52については通常使 用されて 、る構成のものが使用できる。
[0059] 上記記載の通り、本発明に係る異方性ボンド磁石は高 MEPで、且つ形状対応力 を備えた磁石であり、環状力 円弧状に至る多様な形状が求められる永久磁石型モ 一タの高出力化、小型軽量ィ匕に好適である。
産業上の利用可能性
本発明は、電気電子機器の駆動用として使用される磁石回転子型、或は磁石界磁 型の永久磁石型モータの高出カイ匕、小型軽量ィ匕に好適なボンド磁石を提供できる。 さらにそれを用いた小型モータを提供できる。

Claims

請求の範囲
[1] 希土類磁石粉末と、
反応基質を有するオリゴマーまたはプレボリマーと、
延伸性高分子と、
を有する複合グラニュールを
前記延伸性高分子とケミカルコンタクトと共に圧縮成形し、前記複合ダラ-ユールの 周囲に、前記延伸性高分子を主成分とする境界相を網目状に配置し、前記複合ダラ 二ユールと前記延伸性高分子とをケミカルコンタクトポイントでィヒ学的に結合した構造 を有する自己組織化した網目状境界相を有する異方性希土類ボンド磁石。
[2] 前記複合ダラ-ユールは、前記反応基質を有するオリゴマーまたはプレボリマーを被 覆された前記希土類磁石粉末と前記延伸性高分子とを溶融混練し、冷却後、粉砕さ れたダラ-ユールである請求項 1に記載の自己組織化した網目状境界相を有する異 方性希土類ボンド磁石。
[3] 前記複合ダラ-ユールは、前記反応基質を有するオリゴマーまたはプレボリマーを被 覆された前記希土類磁石粉末と、前記延伸可能な高分子と、滑剤とを溶融混練し、 冷却後、粉砕された構成を有する請求項 2に記載の自己組織化した網目状境界相 を有する異方性希土類ボンド磁石。
[4] 前記滑剤をペンタエリスリトール C17トリエステルとし、前記延伸性高分子 100重量部 に対して添加量を 3〜 15重量部とした請求項 3に記載の自己組織化した網目状境界 相を有する異方性希土類ボンド磁石。
[5] 前記複合ダラ-ユールと前記境界相との双方に前記ケミカルコンタクトポイントを設け た請求項 1に記載の自己組織化した網目状境界相を有する異方性希土類ボンド磁 石。
[6] 前記複合グラニュールと前記延伸性高分子とを滑りを伴う溶融流動条件下、 5MPa 以上で圧縮し、圧縮方向との直交断面が扁平状に伸びた構造の前記複合ダラニュ ールと、網目状の境界相とで構成した請求項 1に記載の自己組織化した網目状境界 相を有する異方性希土類ボンド磁石。
[7] 前記希土類磁石粉末を平均粒子径 50 μ m以上の磁気的に異方性の多結晶集合型 Nd Fe B粉末と、平均粒子径 3 μ m以下の磁気的に異方性の単磁区粒子型 Sm F
2 14 2 e N微粉末とから構成した請求項 1に記載の自己組織化した網目状境界相を有す
17 3
る異方性希土類ボンド磁石。
[8] 前記希土類磁石粉末全体に占める前記単磁区粒子型 Sm Fe N微粉末の割合を 4
2 17 3
0重量％以上とした請求項 7に記載の自己組織化した網目状境界相を有する異方性 希土類ボンド磁石。
[9] 前記反応基質を有するオリゴマーまたはプレボリマーは融点 70〜100°Cのエポキシ 化合物を少なくとも 1種以上有する請求項 1に記載の自己組織化した網目状境界相 を有する異方性希土類ボンド磁石。
[10] 前記延伸性高分子は融点 80〜150°Cのポリアミドとする請求項 1に記載の自己組織 化した網目状境界相を有する異方性希土類ボンド磁石。
[11] 前記ケミカルコンタクトはヒダントイン誘導体力 なる粉末状の潜在性エポキシ榭脂硬 ィ匕剤である請求項 1に記載の自己組織化した網目状境界相を有する異方性希土類 ボンド磁石。
[12] 前記希土類ボンド磁石に占める前記希土類磁石粉末の割合を 95重量％以上とした 請求項 1に記載の自己組織化した網目状境界相を有する異方性希土類ボンド磁石
[13] 前記希土類磁石粉末を面に垂直方向に異方化した厚さ 1. 5mm以下の板状である 請求項 1に記載の自己組織化した網目状境界相を有する異方性希土類ボンド磁石
[14] 前記希土類磁石粉末を面内方向に異方化した厚さ 1. 5mm以下の板状である請求 項 1に記載の自己組織化した網目状境界相を有する異方性希土類ボンド磁石。
[15] 面垂直方向異方化と面内方向異方化とを交互に繰り返した配向磁界下で圧縮成形 した厚さ 1. 5mm以下の板状である請求項 1に記載の自己組織化した網目状境界相 を有する異方性希土類ボンド磁石。
[16] 相対密度が 98%以上である請求項 1に記載の自己組織化した網目状境界相を有す る異方性希土類ボンド磁石。
[17] 圧延による延伸で、最終形状を環状とした請求項 1に記載の自己組織化した網目状 境界相を有する異方性希土類ボンド磁石。
[18] スタンビングによる延伸で、最終形状を円弧状とした請求項 1に記載の自己組織化し た網目状境界相を有する異方性希土類ボンド磁石。
[19] 2. OMAZmで磁化した際の 20°Cにおける最大エネルギ—積が 127kjZm3以上で ある請求項 1に記載の自己組織化した網目状境界相を有する異方性希土類ボンド 磁石。
[20] 請求項 17に記載の環状形状の自己組織化した網目状境界相を有する異方性希土 類ボンド磁石を搭載した永久磁石型モータ。
[21] 請求項 18に記載の円弧形状の自己組織化した網目状境界相を有する異方性希土 類ボンド磁石を搭載した永久磁石型モータ。
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