JPH0642409B2 - 樹脂磁石 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はパルスモータ、サーボモータ、アクチュエータ
などの部材としてメカトロニクス分野で幅広く使用され
る樹脂磁石に関する。更に詳しくは液体急冷法によって
得られるＦｅ−Ｂ−Ｒ系（ＲはＮｄまたは／およびＰ
ｒ）磁石素材と結合剤とから構成される樹脂磁石に関す
るものである。

従来の技術 希土類コバルト焼結磁石、例えばＳｍ（Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆ
ｅ，Ｍ）ｎ（但しＭは周期律表のIV族，Ｖ族，VI族，VI
I族に属する元素の１種または２種以上の組み合わせで
あり、ｎは一般に５〜９の整数）は筒状に形成し、諸形
状の半径方向へ磁気異方化させることが極めて難しい。
その主な理由は焼結過程において異方性に基づく膨脹率
に差が生じるためであり、該熱膨脹率の差は磁気異方化
の程度や形状にも影響されるが、一般には等方性にて対
応するほかない。

このため本来ならば最大エネルギー積で２０〜３０ＭＧ
Ｏｅ発現する磁気性能も筒状半径方向では５ＭＧＯｅ程
度に低下してしまう。更に高度な寸法精度を要求される
パルスモータ、サーボモータ、アクチュエータなどの部
材に対応するには焼結後に研削加工が必要で製品の歩留
まりが悪くＳｍやＣｏを主成分とすることも加えて経済
性において性能とのバランスに乏しい。そのうえ焼結品
は一般に機械的に脆弱であるため、その一部が脱離して
パルスモータ、サーボモータ、アクチュエータなどの機
能維持や信頼性の確保に重大な影響を及ぼす恐れもあっ
た。

一方、希土類コバルト樹脂磁石の場合にはマトリクスで
ある樹脂が半径方向へ磁気異方化された希土類コバルト
の膨脹率の差を吸収できるため半径方向へ磁気異方化し
た磁石が得られる。近年、射出成形タイプの希土類コバ
ルト樹脂磁石をアキシャル方向へ磁気異方化すれば最大
エネルギー積８〜１０ＭＧＯｅのものが容易に得られる
ことが知られている。しかも焼結品に比べて密度が概ね
３０％軽減され、且つ高度な寸法精度が確保され、機械
的に脆弱な点も改善されるため、特に、ここで例示した
半径方向へ磁気異方化が必要な磁石としてはより好まし
いものであると予測される。

次に、上記希土類コバルト樹脂磁石の半径方向への磁気
異方化手段に関する従来技術を説明する。

半径方向への磁界発生手段として例えば特開昭５７−１
７０５０１号公報に記載されているようにキャビティを
取り囲んで磁性体ヨークと比磁性体ヨークとを交互に組
み合わせ、且つ外側に磁化コイルを配置した金型を用い
るか或は該キャビティの外周に磁化コイルを埋設した金
型を用いる。かかる方法はキャビティ内に所定の強さの
磁界を発生させるため高電圧低電流型の電源を用い、且
つ起磁力を大とすることが行われている。

発明が解決しようとする問題点 しかし金型の外周からヨークにより磁化コイルで励磁し
た磁束をキャビティ内に有効に集束させるため磁路長を
長くせざるを得ず、特に小形の磁石の場合には起磁力の
かなりの部分が漏洩磁束として消費されてしまう。その
結果、半径方向へ十分な磁気異方化をすることが困難と
なる。

上記のように希土類コバルト樹脂磁石は半径方向への磁
気異方化が必要な場合において希土類コバルト焼結磁石
を上回る磁気性能が発現する場合もあるが、該磁石形状
に重大な影響を受けるため、小形軽量化が進む中で半径
方向の磁気性能において十分な対応が困難であるという
欠点を有していた。

以上が一般式Ｓｍ（Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍ）ｎなる希土
類コバルトを対象とした焼結磁石と樹脂磁石との特質で
ある。一方、Ｓｍ（Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍ）ｎのような
希土類コバルトと同様な製造方法によって得られるＦｅ
−Ｂ−Ｒ系において、３μｍ程度に調整された粒子の保
磁力の発生は磁壁移動がピンニングであって本質的に磁
気異方性であるため希土類コバルトと同様な焼結磁石と
樹脂磁石の双方の特質を有しているものとなる。とくに
標準的な原子組成Ｆｅ₇₇，Ｂ_８，Ｎｄ₁₅で例示される前
記粒子は通常１０ＫＯｅ程度の磁場中、1.5ton／cm²程
度の加圧下で圧縮したのち、１０００〜１２００℃Ａｒ
気流中にて焼結し、５００〜６００℃で熱処理すること
により保磁力を発現せしめる焼結磁石として使用され
る。当該磁石は結晶粒界にＢＣＣ相が析出し、表面はＮ
ｄがＦｅよりも選択的に空気で酸化され易いなどの理由
により、樹脂磁石とするにはＳｍ（Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅ，
Ｍ）ｎの表されるような希土類コバルトよりも一段と困
難なものである。

本発明は上記背景に鑑みてなされたものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系（但しＲはＮｄまた
は／およびＰｒ）磁石素材の結合剤として少なくとも分
子内にアルコール性水酸基を有するオリゴマーとイソシ
アナート再生体とを用いたものである。

作用 先ず、本発明で言う液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系（但しＲは
Ｎｄまたは／およびＰｒ）磁石素材とは基本式Ｎｄ_１−
ｘ（Ｆｅ_1-y，Ｂｙ）_ｘで表輪される組成を有するもの
である。（但し0.5Ｘ0.9，0.05Ｙ0.10）例えば
標準的な原子組成Ｆｅ₈₁，Ｂ_６，Ｎｄ₁₃なる溶融合金を
Ａｒ雰囲気中にてオリフィス並びにロールを介して急冷
リボン片としたものを適宜粉砕して得る肉厚約１０μ
ｍ、長手方向数十ないし数百μｍの板状粒子を言う。こ
の粒子は例えばオルソムビック（Orthohombic）系並び
にテトラゴナール（Tetragonal）系Ｆｅ_３Ｂ中に極めて
微細なＦｅ−Ｂ−Ｒ三元系磁石相が点在するミクロ構造
をもつものと考えられ磁気的には等方性のものである。
これ等の液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒ磁石素材は急冷リボンを
得る際にアモルファス状態とし、然るのち結晶化温度以
上に加熱せしめることにより準安定相であるＦｅ_３Ｂ中
にＦｅ−Ｂ−Ｒ三元系磁石相を析出せしめる工程を経た
ものであっても、或はまた液体急冷時に最終的なミクロ
構造とするものであっても差し支えない。更に液体急冷
Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系磁石素材の基本的なミクロ構造に基づく
特質を損なわない範囲でＳｉ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｃｏ，Ｚ
ｒ，Ｐｄ，Ｙ，Ｔｂなどの他の元素の混在があっても差
し支えない。更に液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系磁石素材は例
えばカーボンファンクショナルシランの如き単分子膜以
上の表面皮膜形成物であっても差し支えない。カーボン
ファンクショナルシランとしては−グリシドキシプロ
ピルトリエトキシシラン、−アミノプロピルトリメト
キシシラン、 −メタカプトプロピルトリメトキシシランなどが例示
できる。尚、その他の有機化合物、例えば有機チタネー
ト化合物などでも適宜使用することができる。

次に本発明で言う分子内にアルコール性水酸基を有する
オリゴマーとは、下記(1)，(2)式で示されるオリゴエー
テル、或はオリゴエーテルエステルなどが例示できる。

但し、上式中のｎ，ｍは整数、Ｒ_１は脂肪族残基、Ｒ_２
は水素或はアルキル基、Ｒ_３は脂肪族、芳香族または脂
環族残基を示す。

更に本発明で用いられるイソシアナート再生体とは、ジ
イソシアナートの活性水素化合物付加体であり、イソシ
アナートとしてはＰ−フェニレンジイソシアナート、ｍ
−フェニレンジイソシアナート、２・４−トリレンジイ
ソシアナート、２・６−トリレンジイソシアナート、Ｐ
・Ｐ′−ジフェニレンジイソシアナート、Ｐ・Ｐ′−ジ
フェニルメタンジイソシアナート、Ｐ・Ｐ′−ジフェニ
ルエーテルジイソシアナート、Ｐ・Ｐ′−ジフェニルス
ルホンジイソシアナート、Ｐ・Ｐ′−ベンゾフェノンジ
イソシアナートなどがあり、これ等と付加体を形成する
活性水素化合物としてはアミン、酸性亜硫酸塩、第３級
アルコール、ラクタム、メルカプタン、エノール、オキ
シムなどがあり、好ましくはフェノール、ｍ−クレゾー
ル、キシレノール等イソシアナート再生体の熱解離温度
が比較的低温度域となるものである。更に、上記イソシ
アナート化合物として芳香族イミドを導入したものが好
ましい。このような芳香族イミドは例えば芳香族カルボ
ン酸無水物とジイソシアナートをｍ−クレゾール、Ｎ・
Ｎ′−ジメチルホルムアミド、Ｎ・Ｎ′−ジメチルアセ
トアミド、メチルピロリドン等の溶媒中で脱炭酸ガス反
応して容易に生成せしめることができる。

上記オリゴマーとイソシアナート再生体とはオリゴマー
のアルコール性水酸基とイソシアナート基とが化学量論
的に当量比（ＯＨ／ＮＣＯ＝１）であることが好まし
い。

更に、液体急冷Ｆｅ−Ｎｂ−Ｂ系磁石素材に占める上記
結合剤成分は１．５〜５重量部とすることが好ましい。

実施例 以下、本発明を実施例並びに比較例によって更に詳しく
説明する。

（磁石素材） Ａｒ雰囲気中の高周波溶解炉で溶融してなる原子組成Ｆ
ｅ₈₁，Ｂ_６，Ｎｄ₁₃の合金をオリフィスを介してロール
間隙に連続滴下することにより急冷リボン片とし、該急
冷リボン片を適宜破砕することにより第１図に示すよう
な厚さ約１０μｍ、長手方向数十μｍから数百μｍに至
る液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系磁石素子を得た。第１表は蛍
光Ｘ線分析によるＮａ〜Ｕの定性分析結果を示す特性表
である。

一方、別に粒子径１０〜８０μｍのＳｍ（Ｃｏ_0.668，
Ｃｕ_0.101，Ｆｅ_0.214，Ｚｒ_0.017）_7.33の標準組成で
示される希土類コバルトを用意した。

尚、上記液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒ並びに希土類コバルトの
比表面積はそれぞれ０．０７０m²／ｇおよび０．１１０
m²／ｇであった。これ等は、その表面に単分子膜を形成
するに必要量のカーボンファンクショナルシラン処理し
た。但し用いたカーボンファンクショナルシランは−
アミノプロピルトリメトキシシランである。

第２図は上記磁石素材３０mgの空気中での示差熱分析結
果である。図から明らかなように液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒ
（第２図中の一点鎖線Ａ）は希土類コバルト（第２図中
の破線Ｂ）に比べて酸化安定性に優れているが、更にカ
ーボンファンクショナルシラン処理（第２図中の実線
Ｃ）によって安定化される。

（結合剤） 分子内にアルコール性水酸基を有するオリゴマーとして
は下記(3)式で示され、且つ分子量を異にするオリゴエ
ーテルを使用した。

但し、上記オリエーテル末端はエピクロルヒドリン付加
物であるため末端基はエポキシ基である。

一方のイソシアナート再生体は下記(4)，(5)，(6)式で
示されるＰ・Ｐ′−ジフェニルメタンジイソシアナート
のｍ−クレゾール付加物、トリメリット酸１モルとＰ・
Ｐ′−ジフェニルメタンジイソシアナート２モルとを脱
炭酸ガス反応して得られるアミドイミドイソシアナート
のｍ−クレゾール付加物、ピロメリト酸無水物１モルと
Ｐ・Ｐ′−ジフェニルメタンジイソシアナート２モルと
を脱炭酸ガス反応して得られるイミドジイソシアナート
のｍ−クレゾール付加物を用いた。

尚、オリゴエーテルの末端エポキシ基により硬化させる
アミン化合物としてＰ・Ｐ′−ジフェニルメタンジアミ
ンを使用した。

上記、オリゴエーテルとイソシアナート再生体との混合
割合は末端エポキシ基と分子内アルコール性水酸基に対
するイソシアナート基を当量比とし、オリゴエーテルと
ジアミンとの配合割合は末端エポキシ基に対するアミン
活性水素を当量とした。

上記結合剤成分を１７０℃で２時間硬化させたのちＴＢ
Ａ法でガラス転移温度を求め、オリゴエーテルの分子量
に対してプロットした特性図が第３図である。第３図に
おいて、Ａはイミドジイソシアナート、Ｂはアミドイミ
ドジイソシアナート、ＣはＰ・Ｐ′−ジフェニルメタン
ジイソシアナート、ＤはＰ・Ｐ′−ジフェニルメタンジ
アミンを示す。

オリゴエーテルが高分子化すると末端エポキシ基が低濃
度となるためアミン化合物では高いガラス転移温度を維
持できないがイソシアナート再生体であれば維持でき
る。

（成形性） 液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒと分子量を異にするオリゴエーテ
ル／Ｐ・Ｐ′−ジフェニルメタンジイソシアナート再生
体３重量％との混合物を外径８mm、内径５．５mm、高さ
４mm、密度５．３〜５．５ｇ／cm³のグリーン体とし
た。このグリーン体の圧環強度をＪＩＳ−Ｚ−２５０７
に準じて求め、更に混合物の流動性をＪＩＳ−Ｚ−２５
０２に準じて求めた。求めた値をもとのオリゴエーテル
の分子量に対してプロットした特性図を第４図に示す。
第４図において、Ａは流動性を示し、Ｂはグリーン体圧
環強度を示す。

但し、流動性はカーボンファンクショナルシラン処理し
た液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒの流動性を基準として、その比
を求めたものである。

図から混合物の流動性やグリーン体の圧環強度などはオ
リゴエーテルの分子量に対して依存性が認められる。即
ち、混合物の成形作業性の確保にはオリゴエーテルの分
子量は９００以上であることが望ましい。

（磁石の強度と減磁） 液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒと分子量を異にするオリゴエーテ
ル／Ｐ・Ｐ′−ジフェニルメタンジイソシアナート再生
体もしくはＰ・Ｐ′−ジフェニルメタンジアミン３重量
％との混合物を外径８mm、内径５．５mm、高さ４mm、密
度５．３〜５．５ｇ／cm³のグリーン体としたのち、１
７０℃で２時間硬化し、樹脂磁石とした。第５図は１３
０℃雰囲気における圧環強度をもとのオリゴエーテルの
分子量に対してプロットした特性図を示し、第６図は１
３０℃雰囲気で５００時間劣化した波高値２０ＫＡ外周
１０極着磁した磁束量（Maxwell）から減磁率を求めた
ものである。なお、第５図、第６図において、ＡはＰ・
Ｐ′−ジフェニルメタンジイソシアナートを示し、Ｂは
Ｐ・Ｐ′−ジフェニルメタンジアミンを示す。一方、第
３図で示したオリゴエーテルの分子量と結合剤のガラス
転移温度との特性を参照すれば、磁石の高温下での機械
的強度や減磁率が結合剤のガラス転移温度によって重大
な影響を受けることは明白である。

オリゴエーテルとイソシアナート再生体で硬化する結合
剤方式はオリゴエーテルの分子量に依存せずに高いガラ
ス転移温度を確保することが可能であり、更に高位のガ
ラス転移点を得ようとするならばイミド基を導入するこ
とで容易に対応可能である。このことから磁石を製造す
る段階での作業性（混合物の流動性たグリーン体の圧環
強度）を確保しながら、該磁石の信頼性の維持・確保に
極めて有効であることは明白である。

尚、イソシアナート再生体によってオリゴエーテルを硬
化する際にイソシアナートに付加した活性水素化合物が
熱解離し遊離する。しかし、磁石自体が一般に相対密度
７５〜８０％程度の多孔質体であるから結合剤中に残存
して、該磁石の信頼性の維持に重大な影響を及ぼすこと
はない。更にイソシアナートに付加した活性水素化合物
は室温付近での解離を無視することができるから液体急
冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒやオリゴエーテルとの混合物状態での保
存に特別な配慮をする必要もない。

（磁石としての特質） 第１表に示した液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒとオリゴエーテル
／Ｐ・Ｐ′−ジフェニルメタンジイソシアナート再生体
との混合物とから密度５．８〜６．０ｇ／cm³の磁石を
製造した。その磁気性能を第２表に示す。

第２表の如く、液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系磁石素剤に微量
のＺｒ，Ｙなどの元素が微量混在しても磁気性能が重大
な影響を受けない。

次に、上記磁石の密度と磁気特性との関係を第７図に示
す。図のように液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系樹脂磁石の磁気
性能は当該磁石の密度にのみ依存する。そして等方性の
希土類コバルト焼結磁石の最大エネルギー積５ＭＧＯｅ
程度を容易に上回る高度な性能を確保することもでき
る。

尚、半径方向へ磁気異方化が可能である射出成形タイプ
の希土類コバルト樹脂磁石の半径方向の磁気特性と円筒
磁石外径との関係を第８図に示す。第８図において、Ａ
は液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系（密度５．５ｇ／cm³）を示
し、Ｂは希土類コバルトを示す。

図のように小形状の磁石になるに従って励磁コイルで発
生させた磁束を有効に集束できなくなるため、半径方向
への磁気異方化が困難となる。このことは小形・軽量化
が求められるパルスモータ、サーボモータ、アクチュエ
ータなどの部材として希土類コバルト樹脂磁石が十分な
対応ができないことを物語るものである。しかし液体急
冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系樹脂磁石とすれば、本質的に等方性で
あり、且つまた高度な磁気性能が得られるため極めて有
用であることは明白である。そして、希土類コバルトの
ような磁気異方性定数の大きな磁石素材の場合には磁気
異方化を促進するため低粘度な液体結合剤を用いざるを
得なかったが、液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系であればその必
要はなく、オリゴエーテルとイソシアナート再生体とに
よって極めて効率的に高度な信頼性を維持・確保できる
樹脂磁石とすることができる。

発明の効果 以上の説明から明らかなように本発明によれば、極めて
効率的に高度な信頼性を継続、確保できる磁石磁石を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系磁石素材の粒子構造を
示す顕微鏡写真、第２図は示差熱分析結果を示す特性
図、第３図はオリゴエーテルの分子量に対するガラス転
移温度を示す特性図、第４図はオリゴエーテルの分子量
に対するグリーン体圧環強度と流動性を示す特性図、第
５図はオリゴエーテルの分子量と磁石の圧環強度を示す
特性図、第６図はオリゴエーテルの分子量と減磁率を示
す特性図、第７図は密度と磁気性能を示す特性図、第８
図は円筒磁石の外径と半径方向のＢｒを示す特性図であ
る。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系（但しＲはＮｄま
   たは／およびＰｒ）磁石素材の結合剤成分として、少な
   くとも分子内にアルコール性水酸基を有するオリゴマー
   とイソシアナート再生体とを用いてなる樹脂磁石。
2. 【請求項２】液体急冷Ｆｅ−Ｂ−Ｒ系磁石素材はカーボ
   ンファンクショナルシラン処理された特許請求の範囲第
   １項記載の樹脂磁石。
3. 【請求項３】オリゴマーが分子量９００以上のオリゴエ
   ーテルである特許請求の範囲第１項記載の樹脂磁石。
4. 【請求項４】イソシアナート再生体が芳香族イソシアナ
   ート化合物と活性水素とからなる特許請求の範囲第１項
   記載の樹脂磁石。
5. 【請求項５】イソシアナート再生体が芳香族イミド残基
   を有する特許請求の範囲第１項または第４項記載の樹脂
   磁石。
6. 【請求項６】オリゴマーのアルコール性水酸基とイソシ
   アナート再生体のイソシアナート基が当量比である特許
   請求の範囲第１項記載の樹脂磁石。