JP6809371B2

JP6809371B2 - Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉及びボンド磁石

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Publication number: JP6809371B2
Application number: JP2017098205A
Authority: JP
Inventors: 裕彰藏; 英治渡部; 甫根金; 健太小山内
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2037-05-17
Also published as: CN110622261A; DE112018002550T5; CN110622261B; US20200066430A1; US11244776B2; JP2018195698A; DE112018002550B4; WO2018212097A1

Description

本開示はＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉及びボンド磁石に関する。

従来、ボンド磁石が知られている。ボンド磁石は、母材と、その母材中に分散した磁粉とを備える。ボンド磁石は特許文献１に開示されている。ボンド磁石は、射出成型等の方法で製造することができる。

特開平６−１３２１０７号公報

射出成型によりボンド磁石を製造する場合、原料の流動性を確保する必要がある。また、磁粉の配向度を高くする必要がある。ボンド磁石における磁粉の充填率を高くすると、原料の流動性は低下しやすい。そのため、従来のボンド磁石において磁粉の充填率を高めることは困難であった。磁粉の充填率が低いと、ボンド磁石の磁石性能が低下してしまう。また、ボンド磁石における磁粉の充填率を高くすると、磁粉の配向度も低下しやすい。

本開示は、ボンド磁石の磁石性能を向上させることができるＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉及びボンド磁石を提供する。

本開示の一局面は、平均粒径が５０ｎｍ〜１μｍであり、以下の式（１）で定義する球状度Ｐの平均値が０．９以上であるＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉（１１）である。
式（１）Ｐ＝Ｌｓ／Ｌｒ
前記式（１）においてＬｒは、顕微鏡の画像における前記Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉の周長である。前記式（１）においてＬｓは、前記Ｌｒを算出した前記Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉の前記画像における面積と同じ面積を有する真円の周長である。

本開示の一局面であるＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉を用いれば、ボンド磁石の磁石性能を向上させることができる。
本開示の他の局面は、母材（７）と、前記母材中に分散した磁粉（９）と、を備えるボンド磁石（５）であって、前記磁粉は、本開示の一局面であるＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉（１１）と、平均粒径が１〜５００μｍである大径磁粉（１３）と、を含み、前記磁粉のうち、５質量％以上は、前記Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉であるボンド磁石である。本開示の他の局面であるボンド磁石は、磁石性能が高い。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

Ｌｒ及びＬｓを表す説明図である。ボンド磁石５の構成を表す説明図である。

本開示の実施形態を説明する。
１．Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉の構成
Ｌ１０−ＦｅＮｉは、Ｌ１０構造を有するＦｅＮｉを意味する。本開示のＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉は、Ｌ１０−ＦｅＮｉから成る磁粉である。

Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉における球状度Ｐの平均値（以下では平均値Ｐ_ａｖｇとする）は０．９以上である。球状度Ｐは以下の式（１）で定義されるものである。
式（１）Ｐ＝Ｌｓ／Ｌｒ
図１に示すように、前記式（１）におけるＬｒは、顕微鏡画像におけるＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉１の周長である。前記式（１）においてＬｓは、Ｌｒを算出したＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉１の顕微鏡画像における面積Ｓと同じ面積Ｓを有する真円３の周長である。

平均値Ｐ_ａｖｇは、以下のように算出することができる。まず、Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉が現れているＳＥＭ又はＴＥＭの画像（以下では顕微鏡画像とする）を取得する。顕微鏡画像中の個々のＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉ごとに、前記式（１）に基づき球状度Ｐを算出する。次に、顕微鏡画像中の１００個のＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉における球状度Ｐの平均値Ｐ_ａｖｇを算出する。

本開示のＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉の平均粒径Ｄ_ａｖｇは５０ｎｍ〜１μｍである。平均粒径Ｄ_ａｖｇの測定方法は以下のとおりである。まず、Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉が現れている顕微鏡画像を取得する。個々のＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉ごとに、以下の式（２）で表される粒径Ｄを算出する。

式（２）Ｄ＝Ｌｓ／π
前記式（２）においてＬｓは、粒径Ｄを算出するべきＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉の顕微鏡画像における面積と同じ面積を有する真円の周長である。顕微鏡画像中の１００個のＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉における粒径Ｄの平均値を、Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉の平均粒径Ｄ_ａｖｇとする。

本開示のＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉は、例えば、ボンド磁石に含まれる磁粉として使用することができる。本開示のＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉は、残留磁束密度が大きい。また、本開示のＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉を、後述する大径磁粉とともに、ボンド磁石に含まれる磁粉として使用する場合、ボンド磁石の原料における流動性が低下しにくい。そのため、ボンド磁石における磁粉の充填率を高くすることができる。その結果、本開示のＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉を、大径磁粉とともに、ボンド磁石に含まれる磁粉として使用する場合、ボンド磁石の残留磁束密度を大きくすることができる。なお、磁粉の充填率とは、ボンド磁石の全質量に対する、磁粉の質量の比率である。

また、本開示のＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉を、大径磁粉とともに、ボンド磁石に含まれる磁粉として使用する場合、ボンド磁石における磁粉の配向度を高くすることができる。
本開示のＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉の平均粒径Ｄ_ａｖｇは、４００ｎｍ〜１μｍであることが好ましい。この場合、ボンド磁石の残留磁束密度が一層大きくなり、ボンド磁石における磁粉の配向度が一層高くなる。

Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉は、例えば、原料であるＦｅＮｉ粒子に対し、レーザー照射法、熱プラズマ法、及びガスアトマイズ法のうちのいずれか１以上を行った後、窒化脱窒素処理を行う方法等で製造することができる。

２．ボンド磁石
図２に示すように、本開示のボンド磁石５は、母材７と、母材７中に分散した磁粉９と、を備える。磁粉９は、本開示のＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉１１と、平均粒径が１〜５００μｍである大径磁粉１３と、を含む。磁粉９のうち、５質量％以上は、Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉１１である。

ボンド磁石５は、ボンド磁石５の原料における流動性を大きく低下させることなく、磁粉９の充填率を高くすることができる。その結果、ボンド磁石５の残留磁束密度を大きくすることができる。また、ボンド磁石５において、磁粉９の充填率が高くても、磁粉９の配向度が高い。

母材７として、例えば、樹脂等が挙げられる。樹脂として、例えば、ポリアミド、塩素化ポリエチレン、ＡＢＳ等が挙げられる。
大径磁粉１３は特に限定されず、適宜選択した磁石粉を大径磁粉１３として用いることができる。大径磁粉１３として、例えば、希土類磁粉等が挙げられる。大径磁粉１３の材質として、例えば、ＳｍＦｅＮ、ＮｄＦｅＢ、ＳｍＣｏ等が挙げられる。大径磁粉１３における球状度Ｐの平均値Ｐ_ａｖｇは、１．０〜０．４の範囲が好ましい。

磁粉９のうち、１０質量％以上は、Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉１１であることが好ましい。この場合、ボンド磁石５の残留磁束密度を一層大きくすることができる。また、ボンド磁石５において、磁粉９の配向度を一層高くすることができる。

ボンド磁石５における磁粉９の充填率は、８０質量％以上が好ましく、９０質量％以上であることがさらに好ましい。磁粉９の充填率が８０質量％以上である場合、ボンド磁石５の残留磁束密度を一層大きくすることができる。

３．ボンド磁石の製造方法
本開示のボンド磁石は、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、本開示のＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉と、母材とを所定の質量比で混合し、真空混練して、プレコンパウンドを作成する。母材は、例えば樹脂である。真空混練における温度は例えば１４０℃である。真空混練の時間は例えば１０時間である。

次に、例えば破砕機等を用いて、プレコンパウンドを例えば１ｍｍ以下の大きさに破砕する。次に、破砕されたプレコンパウンドと、大径磁粉とを例えばブレンダ等を用いて混合し、真空混練して複合コンパウンドを作成する。真空混練における温度は例えば１４０℃である。真空混練の時間は例えば１０時間である。

次に、例えば射出成形等の方法により、複合コンパウンドを、所定の形状に成型する。所定の形状として例えば円柱等が挙げられる。次に、成型品に対し一定方向の磁場を印加しながら、熱処理を行い、ボンド磁石を完成する。熱処理の温度は例えば１８０℃である。熱処理の時間は例えば４時間である。

４．実施例
（４−１）磁粉Ｃ１、Ｃ２の製造
原料として、ＦｅＮｉ球状粒子Ａを用意した。ＦｅＮｉ球状粒子Ａは日清エンジニアリング株式会社製の特注品である。ＦｅＮｉ球状粒子Ａは、公知の熱プラズマ法により製造されたものである。ＦｅＮｉ球状粒子Ａにおける組成比は、Ｆｅ：Ｎｉ＝５０：５０である。組成比の単位はａｔ.％である。

上記のＦｅＮｉ球状粒子Ａに対し、以下のレーザー照射法を行った。
レーザー照射法：ケイ酸ナトリウム系増粘剤水溶液にＦｅＮｉ球状粒子Ａのナノ粒子を１質量％以下加え、超音波ホモジナイザーを用いて分散させることで、懸濁液を調製した。この懸濁液では、ＦｅＮｉ球状粒子Ａのナノ粒子が水中に分散している。超音波ホモジナイザーの出力は１５０Ｗである。

この懸濁液に対し、ＹＡＧパルスレーザーを１〜４時間照射することで、ＦｅＮｉ球状粒子Ａを焼結・成長させて粒径が２００〜５００ｎｍのＦｅＮｉ球状粒子Ｂを得た。ＹＡＧパルスレーザーの波長は１０６４ｎｍであり、レーザー強度は７５ｍＪ／Ｐｕｌｓｅであり、パルス幅は６ｎｓｅｃであり、繰返し周波数は１０Ｈｚである。ＹＡＧパルスレーザーの照射時間を変えることで、粒径が異なる複数種類のＦｅＮｉ球状粒子Ｂを得た。

次に、複数種類のＦｅＮｉ球状粒子Ｂに対し、それぞれ、以下の窒化脱窒素処理を行い、複数種類のＦｅＮｉ球状粒子Ｃを得た。窒化脱窒素処理は、ＦｅＮｉ球状粒子をＬ１０構造とするための処理である。

窒化脱窒素処理：ＦｅＮｉ球状粒子Ｂのナノ粒子を試料ボートに乗せた。その試料ボートを管状炉に設置した。管状炉は、アンモニアガス及び水素ガスを導入可能である。管状炉の雰囲気をアンモニアガスとし、３５０℃で５０時間窒素化処理を行った。

次に、管状炉の雰囲気を水素ガスに置換し、３００℃で２時間脱窒素処理を行った。次に、管状炉を冷却してから、試料ボートを管状炉から取り出した。その結果、Ｌ１０構造のＦｅＮｉ球状粒子から成る磁粉Ｃが得られた。

複数種類の磁粉Ｃのうち、磁粉Ｃ１、Ｃ２について、Ｐ_ａｖｇ、Ｄ_ａｖｇ、Ｍｓ、及びＨｃを測定した。その結果を表１に示す。なお、磁粉Ｃ１とＣ２とでは、レーザー照射法におけるＹＡＧレーザーの照射時間が異なることにより、Ｐ_ａｖｇ、Ｄ_ａｖｇが相違している。

表１においてＭｓは、ＶＳＭ法で測定した磁化であって、外部磁場３Ｔ時の値である。Ｈｃは、磁粉の割合を１０質量％としたコンパウンドを磁場配向させ、ＶＳＭを用いて測定した保持力である。

（４−２）磁粉Ｄ１〜３の製造
粒径が異なる３種類のＦｅＮｉ球状粒子Ａを用意した。３種類のＦｅＮｉ球状粒子Ａに対し、それぞれ、窒化脱窒素処理を行った。この窒化脱窒素処理は、磁粉Ｃの製造に用いた処理と同様である。その結果、Ｌ１０構造のＦｅＮｉ球状粒子から成る磁粉Ｄ１〜Ｄ３が得られた。磁粉Ｄ１〜Ｄ３における、Ｐ_ａｖｇ、Ｄ_ａｖｇ、Ｍｓ、及びＨｃを測定した。その結果を上記表１に示す。

（４−３）磁粉Ｆ１、Ｆ２の製造
原料として、粒径が異なる２種類のＦｅＮｉ球状粒子Ｅを用意した。ＦｅＮｉ球状粒子Ｅは日清エンジニアリング株式会社製の特注品である。ＦｅＮｉ球状粒子Ｅは、公知のガスアトマイズ法により製造されたものである。ＦｅＮｉ球状粒子Ｅにおける組成比は、Ｆｅ：Ｎｉ＝５０：５０のである。組成比の単位はａｔ.％である。

２種類のＦｅＮｉ球状粒子Ｅに対し、それぞれ、窒化脱窒素処理を行った。この窒化脱窒素処理は、磁粉Ｃの製造に用いた処理と同様である。その結果、Ｌ１０構造のＦｅＮｉ球状粒子から成る磁粉Ｆ１、Ｆ２が得られた。磁粉Ｆ１、Ｆ２における、Ｐ_ａｖｇ、Ｄ_ａｖｇ、Ｍｓ、及びＨｃを測定した。その結果を上記表１に示す。

（４−４）磁粉Ｇの製造
ＮｄＦｅＢ焼結磁石を、ジェットミルを用いて粉砕することにより、ＮｄＦｅＢから成る磁粉Ｇを製造した。磁粉Ｇにおける、Ｐ_ａｖｇ、Ｄ_ａｖｇ、Ｍｓ、及びＨｃを測定した。その結果を上記表１に示す。

（４−５）大径磁粉Ｌの製造
大径磁粉Ｌを用意した。大径磁粉ＬはＳｍＦｅＮから成る磁粉であり、市販品である。大径磁粉ＬにおけるＰ_ａｖｇ、Ｄ_ａｖｇ、Ｍｓ、及びＨｃを測定した。その結果を上記表１に示す。

（４−６）ボンド磁石Ｍ１〜Ｍ８の製造
以下のようにしてボンド磁石Ｍ１〜Ｍ８を製造した。小径磁粉と、樹脂とを所定の質量比で混合し、１４０℃で１０時間真空混練して、プレコンパウンドを作成した。小径磁粉とは、磁粉Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１〜Ｄ３、Ｆ１、Ｆ２、Ｇのうちのいずれかである。ボンド磁石と、それが含有する小径磁粉との対応関係は以下の表２に示すとおりである。また、表２に、ボンド磁石Ｍ１〜Ｍ８に含まれる小径磁粉の内容を示す。ボンド磁石Ｍ１〜Ｍ８のそれぞれにおいて、樹脂はポリアミドである。

次に、破砕機を用いて、プレコンパウンドを１ｍｍ以下の大きさに破砕した。次に、破砕されたプレコンパウンドと、大径磁粉Ｌとをブレンダを用いて混合し、１４０℃で１０時間真空混練して複合コンパウンドを作成した。

次に、射出成形により、複合コンパウンドを、直径３ｍｍ、高さ３ｍｍの円柱状に成型した。次に、円柱の軸方向に１．０Ｔの磁場を印加しながら、１８０℃で４時間の熱処理を行い、ボンド磁石Ｍ１〜Ｍ８を完成した。

ボンド磁石Ｍ１〜Ｍ８のいずれにおいても、小径磁粉、大径磁粉Ｌ、及び樹脂の配合比は、全磁粉の充填率が９３質量％となる配合比とした。ボンド磁石Ｍ１〜Ｍ８のそれぞれにおいて、全磁粉のうち、小径磁粉が占める質量比（以下では小径磁粉比とする）が１０質量％のものと、２０質量％のものとの２種類がある。

また、基本的にはボンド磁石Ｍ１〜Ｍ８と同様の製造方法と同様であるが、磁粉として大径磁粉Ｌのみを用いて、ボンド磁石Ｍ９を製造した。ボンド磁石Ｍ９においても、磁粉の充填率は９３質量％とした。

（４−７）ボンド磁石Ｍ１〜Ｍ９の評価
ボンド磁石Ｍ１〜Ｍ９のそれぞれについて、Ｍｓ、Ｍｒを測定した。また、Ｍｒ／Ｍｓを算出した。それらを上記表２に示す。ＭｒはＶＳＭを用いて測定した残留磁化である。３Ｔの外部磁場を印加後、外部磁場を０としたときの磁化の値をＭｒとする。ボンド磁石Ｍ１〜Ｍ４では、Ｍｓ、Ｍｒ、Ｍｒ／Ｍｓの値が特に大きかった。
＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（１）小径磁粉の合成方法は、上述した方法以外の方法であってもよい。
（２）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（３）上述したＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉、ボンド磁石の他、当該Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉又はボンド磁石を構成要素とするシステム、Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉の製造方法、ボンド磁石の製造方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１、９…磁粉、３…真円、５…ボンド磁石、７…母材、１１…Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉、１３…大径磁粉

Claims

平均粒径が４００ｎｍ〜１μｍであり、以下の式（１）で定義する球状度Ｐの平均値が０．９以上であるＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉（１１）。
式（１）Ｐ＝Ｌｓ／Ｌｒ
前記式（１）においてＬｒは、顕微鏡の画像における前記Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉の周長である。前記式（１）においてＬｓは、前記Ｌｒを算出した前記Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉の前記画像における面積と同じ面積を有する真円の周長である。
母材（７）と、
前記母材中に分散した磁粉（９）と、
を備えるボンド磁石（５）であって、
前記磁粉は、請求項１に記載のＬ１０−ＦｅＮｉ磁粉（１１）と、平均粒径が１〜５００μｍである大径磁粉（１３）と、を含み、
前記磁粉のうち、５質量％以上は、前記Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉であるボンド磁石。
請求項２に記載のボンド磁石であって、
前記磁粉の充填率が８０質量％以上であるボンド磁石。
請求項２又は３に記載のボンド磁石であって、
前記磁粉のうち、１０質量％以上は、前記Ｌ１０−ＦｅＮｉ磁粉であるボンド磁石。