磁铁的制造方法及磁铁在2015年7月8日提交的日本专利申请No.2015-136590的公开内容,包
括说明书、附图以及说明书摘要,全部援引于此。
技术领域
本发明涉及磁铁的制造方法及磁铁。
背景技术
在日本特开2006-287044号公报中记载了含有磁性各向同性的稀土
类系纳米复合磁铁粉末和树脂的粉末状纳米复合磁铁用化合物。
另外,在日本特开2015-8200号公报中记载了如下内容:通过使用
由含有稀土类元素作为R的R-Fe-N系化合物或者Fe-N系化合物成型
的硬磁性体的磁粉,利用模具进行多次加压,由此形成一次成型体的加
压工序;以及通过以低于磁粉分解温度的温度进行加热而使邻接的磁粉
的表面彼此接合来形成二次成型体,从而制造磁铁。
日本特开2006-287044号公报中记载的化合物可用于粘结磁铁,以
在合成树脂中含有磁粉的状态粘结。在通常的粘结磁铁中,将磁粉的体
积设为100vol%时,以40vol%以上的比例含有合成树脂。粘结磁铁的
磁特性取决于所含的磁粉的比例(磁粉的含有比例)。如果磁粉的含有
比例变低,则粘结磁铁的磁特性降低。另外,如果磁粉的含有比例变高,
则不仅磁铁的成型性(注塑成型的成型性)大幅降低,磁粉粒子的固定
也变得不充分,而无法保持粘结磁铁的形状。因此,在粘结磁铁中,磁
特性的提高(剩余磁通密度降低的抑制)有限度。
在作为针对此问题的技术的日本特开2015-8200号公报中,由于不
使用树脂,因此,磁特性提高。但是,在日本特开2015-8200号公报中,
在将磁粉加压而成型的一次成型体中容易残留空隙,难以提高所制造的
磁铁的密度。即,制造的磁铁的剩余磁通密度的提高也有限度。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种能够得到高的剩余磁通密度的磁
铁的制造方法及磁铁。
本发明的一个方式的磁铁的制造方法具有将在一次粒子凝聚而形
成二次粒子的状态下的磁粉加压成型而得到成型体的工序,其中,上述
磁粉是以一次粒子的平均粒径与二次粒子的最大直径之比成为1:150~
1:200的方式构成的。
在上述方式的磁铁的制造方法中,使用控制一次粒子和二次粒子的
粒径的磁粉来将成型体成型。该磁粉成为磁粉粒子的间的空隙减少的磁
粉。而且,通过由该空隙减少的磁粉将成型体成型,从而能够得到致密
的成型体。因此,根据上述方式的制造方法,能够制造具备高的剩余磁
通密度的磁铁。
本发明的另一方式的磁铁是利用上述磁铁的制造方法制造的磁铁。
上述方式的磁铁是用上述制造方法制造而成的,成为剩余磁通密度
高的磁铁。
附图说明
基于以下实施方式的说明并参照附图,本发明的前述和其它特征和优
点将变得明显。其中,类似的编号用于表示类似的元件,并且,其中:
图1为表示实施方式1的磁铁的制造方法中的各工序的图。
图2为示意性地表示以实施方式1用进行磁粉破碎的加压辊的图。
图3为表示混合实施方式1的磁粉和润滑剂的工序的示意图。
图4为表示进一步混合实施方式1的磁粉和润滑剂的工序的示意
图。
图5为示意性地表示混合了实施方式1的磁粉和粘结材料的状态的
截面图。
图6表示实施方式1的磁粉的加压工序,为表示加压前的示意图。
图7表示实施方式1的磁粉的加压工序,为表示加压前的示意图。
图8为示意性地表示构成实施方式1的成型体的磁粉的排列状态的
放大图。
图9为示意性地表示实施方式1的磁铁的构成的放大图。
图10为在实施方式1的磁铁的制造方法中表示磁粉的粒度特性与
成型体的密度的关系的图。
图11为表示实施方式2的磁铁的制造方法中的各工序的图。
图12为表示实施方式3的磁铁的制造方法中的各工序的图。
图13为表示实施方式3的磁铁的制造方法中的热处理工序的温度
变化的图。
具体实施方式
关于本发明的磁铁的制造方法,参照图1~图7,以实施方式进行
具体说明。图1为表示本方式的磁铁的制造方法的各工序的图。
如图1的步骤S1所示,准备作为磁铁的原材料的磁粉1。
磁粉1可使用作为磁性材料粒子集合体的粉末。磁粉1的磁性材料
没有限定,但优选由硬磁性体构成。作为硬磁性体,例如,可举出铁氧
体磁铁、Al-Ni-Co系磁铁、含有稀土类元素的稀土类磁铁、氮化铁磁铁。
作为硬磁性体的磁粉1,优选使用由Fe-N系化合物、R-Fe-N系化
合物(R:稀土类元素)中的1种以上构成的化合物。应予说明,作为
由R表示的稀土类元素,只要是作为所谓的稀土类元素而已知的元素
(Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、
Tm、Yb、Lu、Ac、Th、Pa、U、Np、Pu、Am、Cm、Bk、Cf、Es、
Fm、Md、No、Lr)即可,更优选除Dy以外的稀土类元素(R:将Dy
排除在外的稀土类元素)。在这些中,特别进一步优选轻稀土类元素,
其中,最优选Sm。这里所说的轻稀土类元素是在镧系元素中原子量小
于Gd的元素,即La~Eu。Fe-N系化合物被包含于氮化铁磁铁中。
R-Fe-N系化合物被包含于稀土类磁铁中。
磁粉1只要是Fe-N系化合物、R-Fe-N系化合物,具体组成就没有
限定。磁粉1最优选Sm2Fe17N3或Fe16N2的粉末。
磁粉1的粒径(平均粒径)没有限定。平均粒径(D50)优选为2~
5μm左右。另外,对于磁粉1,使用在粒子表面全部不形成氧化膜的磁
粉。这里,D50是指粒度分布中的累积频率成为50mass%左右的粒子。
如图1的步骤S2所示,对磁粉1进行加压并破碎。
磁粉1的破碎的方法没有限定,但例如,使用一对夹具,在磁粉1
破坏的破坏压力以上的压力进行加压。本方式的加压力为1~3GPa。
作为一对夹具,例如,可举出图2中示出的加压辊7。加压辊7具
备上辊71和下辊72,将磁粉1以加压的状态通过两辊71、72之间。在
用加压辊7(71、72)进行加压时,加压时的线性压力成为上述的加压
力。用加压辊7(71、72)进行的加压还可以通过使辊的传送方向反转
来进行反复加压。
本方式中,因利用加压辊7的加压而使磁粉1的粒子破坏。这是由
于磁粉1的一个粒子(第一粒子)将负载传递到其它粒子(第二粒子),
受到破坏压力以上的负载的第二粒子被破坏。而且,第二粒子形成微细
的破碎颗粒。
由加压辊7破碎的磁粉1被粉碎。被破碎的磁粉1成为因加压辊7
的加压而压缩的固体状态。通过进行粉碎,磁粉1成为粉末状。此时,
磁粉1的一次粒子凝聚而形成二次粒子。一次粒子的凝聚是基于微细粒
子的附着性、并且磁铁的磁力也起作用而产生的。
本工序中被破碎的磁粉1的平均粒径(D50)为1.8~4μm。该磁粉
1的一次粒子的平均粒径(D50)可用以往公知的测定方法测定。
如图1的步骤S3所示,对破碎的磁粉1进行筛分。
筛分是使破碎的磁粉1通过规定的网眼的筛而进行的。筛分是使用
具备能够得到目标粒子的通过孔(网眼)的筛而进行的。
在本方式中,使用筛进行磁粉的筛分,但只要能够分离规定的粒子
的方法、装置,就没有限定。例如,可以使用气流分级装置等分级装置
将大径的粒子分离。
如上所述,步骤S2中破碎的磁粉1形成二次粒子。然后,在步骤
S3中,对破碎的状态的磁粉1进行筛分。即,对二次粒子的状态的磁
粉1进行筛分。
在步骤S3中筛分的磁粉1的一次粒子的平均粒径(D50)与二次粒
子的最大直径之比包含在1:150~1:200的范围。
通过使磁粉1的一次粒子与二次粒子的粒子特性包含在上述范围
内,从而一次粒子的粒子彼此间的空隙减少。如果一次粒子的粒子间的
空隙减少,则在以后的加压工序(S4)中,可减少残留于将磁粉1加压
而得的成型体中的空隙量。于是,在由成型体而得的磁铁中空隙也变少,
能够得到致密的磁铁。
如果磁粉1的一次粒子与二次粒子的粒子特性比上述范围小(小于
1:150),则利用加压的成型性降低。具体而言,二次粒子的粒径变得
过小,二次粒子的粒子数增加,二次粒子彼此的接点增加,磁粉1的表
观体积增加。于是,在用于形成成型体的加压时,二次粒子彼此的接点
多,所以,变得难以压缩。
另外,如果粒子特性大于上述范围(大于1:200),则在成型体(磁
铁)会残留空隙。具体而言,如果大于上述范围(大于1:200),则磁
粉1包含直径更大的粒子。于是,在大径的粒子之间变得容易残留空隙。
其结果,在将磁粉1加压而得的成型体中会残留有空隙。
磁粉1的二次粒子的最大直径可由用于筛分的筛的网眼决定。在本
工序中,使用网眼为500μm的筛(30目)进行二次粒子的分级,最大
粒径为500μm。
如图1的步骤S4所示,准备润滑剂2。润滑剂2在通常的条件下(大
气气氛下,室温)可使用固体物质(固体润滑剂)。润滑剂2中使用粉
末状的润滑剂。
润滑剂2中使用金属皂系的润滑剂(固体润滑剂粉末)。润滑剂2
使用例如硬脂酸锌等的硬脂酸系金属的粉末。润滑剂2的粉末的平均粒
径(D50)为10μm左右。这里,优选润滑剂2的平均粒径大于磁粉1
的平均粒径。润滑剂2的比重小于磁粉1的比重。因此,通过一定程度
上增大润滑剂2的初始状态的大小,从而能够增大润滑剂2的每1粒的
质量,并能够抑制在后述的步骤S3的工序中混合时润滑剂2飞散。
磁粉1与润滑剂2的混合比例可任意设定。磁粉1与润滑剂2的混
合比例以体积比例计,优选磁粉1设为80~90体积%,润滑剂2设为5~
15体积%。应予说明,除磁粉1和润滑剂2以外,也可以添加添加剂。
作为添加剂,可举出通过其后的加热而消失的有机溶剂等添加剂。
如图1的步骤S5所示,混合先前的2个工序中准备的磁粉1和润
滑剂2而得到混合粉末。
关于磁粉1与润滑剂2的混合,边将两粉末1、2磨碎边进行混合。
形成混合粉末的方法如图3所示,用混合用容器8边将磁粉1和润滑剂
2磨碎边进行混合。通过边磨碎边混合,从而如图4所示,结合强度低
的润滑剂2被细分化,润滑剂2的粒径整体上变小。在本工序结束时,
存在粒子大小不同的润滑剂2。
进而,混合粉1、2能够减少仅由磁粉1形成的块状的部分(进一
步粉碎磁粉1的二次粒子),能够减少润滑剂2的大小。即,能够使被
细化的润滑剂2存在于与磁粉1的各粒子接近的位置。
如图1的步骤S6所示,加热混合粉末1、2而在磁粉1的表面形成
吸附膜3。
将在之前的工序(步骤S5)中混合的磁粉1和润滑剂2的混合粉末
1、2在加热温度T1下加热,在磁粉1的表面形成润滑剂2的吸附膜3。
此时的混合粉末1、2的加热温度T1小于磁粉1的分解温度T2且为润
滑剂2的熔点T3以上的温度(T3≤T1<T2)。
如果在加热温度T1下对混合粉末1、2进行加热,则磁粉1不会发
生分解而润滑剂2熔融。熔融的润滑剂2沿磁粉1的粒子的表面流动并
被覆磁粉1的表面。而且,在磁粉1的表面形成吸附膜3。
加热温度T1下的加热时间t取决于对混合粉末1、2所赋予的热量,
因此,并没有限定。即,加热温度T1如果变为高温,则对混合粉末1、
2所给予的每小时的热量增加,因此加热时间t变短。另外,在加热温
度T1为较低温度的情况下,优选延长加热时间t。
关于加热温度T1和加热时间t,对混合粉末1、2所赋予的热量越
大,则越能够生成凝聚于磁粉1的表面的吸附膜3,在加压工序(步骤
S6)中不产生被膜破裂。而且,能够制造高密度的成型体5和磁铁6。
如图1的步骤S7所示,在形成有吸附膜3的磁粉1的表面配置未
固化的粘结材料4。
粘结材料4可使用由硅酮组合物构成的未固化的粘结材料。该粘结
材料4在室温下为凝胶状~液体状,具有流动性。通过将粘结材料4与
磁粉1混合,从而粘结材料4被配置于磁粉1(的粒子)的表面。在该
状态下,如在图5中用示意图表示截面所示,在邻接的磁粉1的粒子间
夹设粘结材料4。
粘结材料4的硅酮组合物使用具有基于硅氧烷键的主骨架的组合
物。硅酮组合物使用例如硅酮树脂。硅酮组合物被配置于磁粉1的表面
时未固化(凝胶状或液体状),在其后的工序(本方式中步骤S8的加热
固化的工序)进行固化。
将粘结材料4固化的方法没有限定。例如,可举出加热、紫外线照
射、接触水等反应引发剂而开始固化等的方法。在本方式中使用通过加
热而固化的热固化型的硅酮组合物。
热固化型的硅酮组合物的固化温度(固化开始温度)T4小于磁粉1
的分解温度T2。通过使固化温度(固化开始温度)T4在该范围内,从
而能够抑制磁粉1被暴露于比磁粉的分解温度高的温度而产生磁粉1的
分解、吸附膜3的缺损的情况。
粘结材料4的混合比例可任意设定。例如,将磁粉1(形成吸附膜
3的状态)的体积设为100vol%时,可以设为5~15vol%,更优选设为
8~12vol%。
如图1的步骤S8所示,将磁粉1加压而形成成型体5(图6~图7)。
本工序中加压的磁粉1在粒子间夹设粘结材料4。
本工序使用加压模具9进行加压成型。
加压模具9具备加压下模91和加压上模92。加压模具9在加压下
模91的腔室内配置磁粉1,并安装加压上模92,使加压下模91与加压
上模92沿着彼此接近的方向移动,由此将磁粉1加压成型。
加压模具9由非磁性钢形成。而且,加压模具9具备未图示的磁场
取向装置,以能够在磁力线穿透磁粉1的条件下(进行磁场取向的条件
下)对进行加压。
加压模具9可以在其内表面涂布脱模剂。脱模剂的构成并没有限定,
可使用以往公知的脱模剂。
如图6中示意图所示,在本工序中,在加压模具9(加压下模91)
的腔室内配置磁粉1。加压模具9由非磁性钢构成。用加压模具9进行
的加压在磁力线穿透磁粉1的条件下(进行磁场取向的条件下)进行。
接着,如图7中以示意图所示,对加压下模91安装加压上模92(模
具),使加压下模91与加压上模92沿着彼此接近的方向移动,从而利
用加压模具9(91、92)对磁粉1进行加压成型。此时,利用加压模具
9(91、92)的加压力是磁粉1破坏的破坏压力以下的压力。本方式中,
为1GPa以下。
然后,利用加压模具9(91、92)的加压进行多次。向加压上模92
附加加压力后,缓和附加于加压上模92的加压力,再次对加压上模92
附加加压力。然后,重复该动作。应予说明,缓和附加于加压上模92
的加压力时,可以使加压上模92向上侧移动,也可以不使加压上模92
向上侧移动而仅减少加压力。
利用加压模具9(91、92)的加压次数可以设为成型体5的密度提
高效果达到饱和的次数。例如,可以进行2~30次。
进而,在加压工序中,例如从外侧面利用加热器(未图示)等对加
压模具9(91、92)进行加热,从而可以对加压模具9(91、92)内的
磁粉1进行加热。此时的磁粉1的加热温度T5小于粘结材料4的固化
温度T4。该加热温度T5也小于磁粉1的分解温度T2(T5<T4<T2)。
因此,即使进行加热,磁粉1也未分解,不仅如此,粘结材料4也没有
固化。
如图8中以放大图所示,如果重复进行利用加压模具9的加压,则
可形成磁粉1的粒子间的间隙变小的成型体5。其原因在于,通过进行
多次加压,相对于前次加压时的磁粉1的粒子的排列状态,磁粉1的粒
子被再排列。
在磁粉1的粒子的再排列中,通过在邻接的磁粉1的粒子彼此间的
抵接表面夹设润滑剂2的吸附膜3,从而可使磁粉1的粒子彼此非常顺
利地移动。通过该磁粉1的粒子的再排列与由吸附膜3所致的滑动的协
同作用,在成型体5中磁粉1的粒子的间隙变小。
另外,粘结材料4以未固化的状态夹设在磁粉1的粒子之间。未固
化的状态的粘结材料4发挥与硅油类似的特性,也发挥润滑性。即,通
过在邻接的磁粉1的粒子间夹设吸附膜3和未固化的粘结材料4,从而
可促进磁粉1的粒子的移动(再排列)。利用该作用,也可在成型体5
中使磁粉1的粒子的间隙变小。即,可得到磁粉1的粒子的间隙小的成
型体5。
如图1的步骤S9所示,对成型体5加热,将粘结材料4固化。
本工序的加热通过在加热温度T6下对成型体5进行加热而进行。
例如,不将由之前的加压工序(步骤S9)的加压模具9成型的成型体5
从加压模具9中取出,将加压模具9的温度设为加热温度T6而进行。
另外,也可以将成型体5从加压模具9中取出,配置于利用微波的
加热炉、电炉、等离子体加热炉、高频淬火炉、利用红外线加热器的加
热炉等中来进行。
在加热温度T6下的加热在直至粘结材料4固化结束的时间的范围
内继续。
通过实施以上各工序,可制造本方式的磁铁6。
本方式的磁铁6,如将其构成在图9以示意图所示,形成磁粉1的
粒子间的空隙减少的致密的磁铁。另外,本方式的磁铁6成为固化的粘
结材料40粘结磁粉1的粒子彼此的构成。
粘结材料40仅夹设于磁粉1的粒子的抵接部附近。即,磁粉1的
粒子的表面中也有不存在粘结材料40的部分。在该情况下,磁粉1在
其表面形成吸附膜3,可抑制磁性材料露出。即,可抑制因气氛所致的
氧化等的磁粉1的磁特性降低。
采用具体例来说明本方式的效果。
使用网眼大小不同的筛对在步骤S2中破碎的磁粉1进行筛分,得
到二次粒子的最大直径不同的各试样的磁粉1。此时,磁粉1的一次粒
子的平均粒径(D50)在各粒子中相同。
对得到的各试样的磁粉1实施步骤S4~S9的各工序而得到成型体
5。
测定得到的各试样的成型体5的密度,得到将不进行筛分的试样的
成型体5的密度设为1时的成型体密度比。将磁粉1的二次粒子的最大
粒径(筛的网眼长)/一次粒子的平均粒径(D50)与成型体密度比的
关系示于图10。
如图10所示,可确认最大粒径/平均粒径包含在150~200的范围
的试样的成型体5的密度变高。另外,在脱离该范围的各试样中,没发
现成型体5的密度的变化。
如以上详述地,通过使最大粒径/平均粒径包含在150~200的范
围(一次粒子的平均粒径与二次粒子的最大直径之比为1:150~1:200),
从而可得到密度大的成型体5。
在本方式的制造方法中,由限定一次粒子和二次粒子的粒径的磁粉
1得到成型体5。根据该构成,作为第1效果,磁粉1的粒子间的空隙
减少。可得到磁粉1的粒子致密排列的成型体5。
具体而言,磁粉1根据一次粒子的平均粒径(D50)和二次粒子的
最大粒径来规定其粒子特性。该磁粉1的二次粒子的粒径变小,二次粒
子彼此的接点没有因二次粒子增多而增加,二次粒子的周边的空隙没有
因二次粒子的粒径增大而增加,微细的一次粒子位于二次粒子的周边,
由此,空隙的量(尺寸)减少。
而且,在本方式中,对该磁粉1进行加压成型而形成成型体5。如
果进行加压成型,则因磁粉1的粒子的再排列而进一步减少该粒子间的
空隙。
其结果,在本方式的制造方法中,能够得到致密的成型体5。另外,
由致密的成型体5可得到空隙减少的致密的磁铁6。
在本方式的制造方法中,得到将粒径大于一次粒子的粒径的磁粉1
以破坏压力以上的压力进行加压破坏且形成二次粒子而成的磁粉1。作
为第2效果,通过对大的粒子的磁粉进行加压(破坏)而得到磁粉1,
从而能够简单地准备磁粉1。
在本方式的制造方法中,二次粒子通过筛分来控制最大粒径。作为
第3效果,通过用筛的网眼控制最大粒径,从而可简单地准备具备所希
望的粒度特性的磁粉1。
本方式的磁铁6利用上述制造方法制造而成。根据该构成,成为具
备上述第1~第3效果的磁铁。
关于本发明的磁铁的制造方法,参照图11,以实施方式2进行具体
说明。图11是表示本方式的磁铁的制造方法的各工序的图。
如图11的步骤S1所示,准备作为磁铁的原材料的磁粉1。本工序
是与实施方式1的步骤S1相同的工序。
如图11的步骤S2所示,准备润滑剂2。本工序是与实施方式1的
步骤S4相同的工序。
如图11的步骤S3所示,混合在之前的2个工序中准备的磁粉1和
润滑剂2而得到混合粉末。本工序是与实施方式1的步骤S5相同的工
序。
如图11的步骤S4所示,加热混合粉末1、2而在磁粉1的表面形
成吸附膜3。本工序是与实施方式1的步骤S6相同的工序。
如图11的步骤S5所示,在混合粉末1、2的表面配置未固化的粘
结材料4。本工序是与实施方式1的步骤S7相同的工序。
如图11的步骤S6所示,对混合粉末1、2进行加压而将磁粉1破
碎。本工序是与实施方式1的步骤S2相同的工序。
具体而言,使用加压辊7(71、72),以磁粉1破坏的破坏压力以上
的压力进行加压(挤压)。本方式中的加压力也可以设为1~3GPa。
本方式中,也因加压辊7的加压而使磁粉1的粒子破坏。其原因在
于,磁粉1的一个粒子(第一粒子)向其它粒子(第二粒子)传递负载,
受到破坏压力以上的负载的第二粒子被破坏。而且,第二粒子形成微细
的破碎颗粒。
被加压辊7破碎的磁粉1被粉碎。被破碎的磁粉1成为因加压辊7
的加压而压缩的固体状态。通过进行粉碎,磁粉1成为粉末状。此时,
磁粉1的一次粒子凝聚而形成二次粒子。一次粒子的凝聚是基于微细粒
子的附着性、并且磁铁的磁力也起作用而产生的。
本工序中被破碎的磁粉1的平均粒径(D50)为1.8~4μm。该磁粉
1的一次粒子的平均粒径(D50)可用以往公知的测定方法测定。
如图11的步骤S7所示,对破碎的磁粉1进行筛分。本工序是与实
施方式1的步骤S3相同的工序。
具体而言,使用具备能够得到目标粒子的通过孔的筛进行。
本方式中,也使用筛进行磁粉的筛分,但只要是能够分离规定的粒
子的方法、装置,就没有限定。
本方式的步骤S7中筛分出的磁粉1也与实施方式1时同样地,一
次粒子的平均粒径(D50)与二次粒子的最大直径之比包含在1:150~
1:200的范围。
通过使磁粉1的一次粒子与二次粒子的粒子特性包含在上述范围
内,从而二次粒子的粒子彼此间的空隙减少。如果二次粒子的粒子间的
空隙减少,则在以后的加压工序(S4)中,可减少残留于加压磁粉1而
得的成型体中的空隙量。于是,在由成型体而得的磁铁中空隙也变少,
能够得到致密的磁铁。
如果磁粉1的一次粒子与二次粒子的粒子特性比上述范围小(小于
1:150),则利用加压的成型性降低。具体而言,二次粒子的粒径变得
过小,二次粒子的粒子数增加,二次粒子彼此的接点增加,磁粉1的表
观体积增加。于是,在用于形成成型体的加压时,二次粒子彼此的接点
多,所以,变得难以压缩。
另外,如果粒子特性大于上述范围(大于1:200),则在成型体(磁
铁)残留空隙。具体而言,如果大于上述范围(大于1:200),则磁粉
1包括直径更大的二次粒子。于是,在大径的二次粒子间变得容易残留
空隙。其结果,在将磁粉1加压而得的成型体中残留有空隙。
磁粉1的二次粒子的最大直径可由用于筛分的筛的网眼决定。本工
序中,使用网眼为500μm的筛(30目)进行二次粒子的分级,最大粒
径为500μm。
如图11的步骤S8所示,将磁粉1加压形成成型体5。本工序是与
实施方式1的步骤S8相同的工序。
如图11的步骤S9所示,对成型体5进行加热而将粘结材料4固化。
本工序是与实施方式1的步骤S9相同的工序。
在本方式中,也与实施方式1时同样地,能够得到致密的成型体5。
而且,由致密的成型体5可得到致密的磁铁6。
即,如本方式所述,在形成混合粉末的状态下,即使破坏磁粉1而
形成具备特定的粒度特性的磁粉1,也与实施方式1同样地,发挥可得
到致密的磁铁6的效果。
关于本发明的磁铁的制造方法,参照图12,以实施方式3进行具体
说明。图12是表示本方式的磁铁的制造方法的各工序的图。
如图12的步骤S1所示,准备作为磁铁的原材料的磁粉1。本工序
是与实施方式1的步骤S1相同的工序。
如图12的步骤S2所示,对磁粉1进行加压并破碎。本工序是与实
施方式1的步骤S2相同的工序。
具体而言,使用加压辊7(71、72),以磁粉1破坏的破坏压力以上
的压力进行加压(挤压)。本方式中的加压力也可以设为1~3GPa。
本方式中,也因利用加压辊7的加压而使磁粉1的粒子破坏。其原
因在于,磁粉1的一个粒子(第一粒子)向其它粒子(第二粒子)传递
负载,受到破坏压力以上的负载的第二粒子被破坏。而且,第二粒子形
成微细的破碎颗粒。
被加压辊7破碎的磁粉1被粉碎。被破碎的磁粉1成为因利用加压
辊7的加压而压缩的固体状态。通过进行粉碎,磁粉1成为粉末状。此
时,磁粉1的一次粒子凝聚而形成二次粒子。一次粒子的凝聚是基于微
细粒子的附着性、并且磁铁的磁力也起作用而产生的。
本工序中被破碎的磁粉1的平均粒径(D50)为1.8~4μm。该磁粉
1的一次粒子的平均粒径(D50)可用以往公知的测定方法测定。
如图12的步骤S3所示,对破碎的磁粉1进行筛分。本工序是与实
施方式1的步骤S1相同的工序。
筛分是使破碎的磁粉1通过规定的网眼的筛而进行的。筛分是使用
具备能够得到目标粒子的通过孔(网眼)的筛而进行的。
在本方式中,使用筛进行磁粉的筛分,但只要是能够分离规定的粒
子的方法、装置,就没有限定。例如,可以使用气流分级装置等分级装
置将大径的粒子分离。
如上所述,步骤S2中破碎的磁粉1形成二次粒子。而且,在步骤
S3中,对破碎的状态的磁粉1进行筛分。即,对二次粒子的状态的磁
粉1进行筛分。
在步骤S3中筛分的磁粉1的一次粒子的平均粒径(D50)与二次粒
子的最大直径之比包含在1:150~1:200的范围。
通过使磁粉1的一次粒子与二次粒子的粒子特性包含在上述范围
内,从而二次粒子的粒子彼此间的空隙减少。如果二次粒子的粒子间的
空隙减少,则在以后的加压工序(S4)中,可减少残留于将磁粉1加压
而得的成型体中的空隙量。于是,在由成型体而得的磁铁中空隙也变少,
能够得到致密的磁铁。
如果磁粉1的一次粒子与二次粒子的粒子特性比上述范围小(小于
1:150),则利用加压的成型性降低。具体而言,二次粒子的粒径变得
过小,二次粒子的粒子数增加,二次粒子彼此的接点增加,磁粉1的表
观体积增加。于是,在用于形成成型体的加压时,二次粒子彼此的接点
多,所以,变得难以压缩。
另外,如果粒子特性大于上述范围(大于1:200),则在成型体(磁
铁)残留空隙。具体而言,如果大于上述范围(大于1:200),则磁粉
1包括直径更大的二次粒子。于是,在大径的二次粒子之间变得容易残
留空隙。其结果,在将磁粉1加压而得的成型体中残留有空隙。
磁粉1的二次粒子的最大直径可由用于筛分的筛的网眼决定。在本
工序中,使用网眼为500μm的筛(30目)进行二次粒子的分级,最大
粒径为500μm。
如图12的步骤S4所示,准备润滑剂2。本工序是与实施方式1的
步骤S4相同的工序。
如图12的步骤S5所示,混合先前2个工序中准备的磁粉1和润滑
剂2而得到混合粉末。本工序是与实施方式1的步骤S5相同的工序。
图12的步骤S6所示,加热混合粉末1、2而在磁粉1的表面形成
吸附膜3。本工序是与实施方式1的步骤S6相同的工序。
如图12的步骤S7所示,将磁粉1加压而形成成型体5。本工序是
与实施方式1的步骤S8相同的工序。
如图12的步骤S8所示,将成型体5在氧化性气氛下进行加热,形
成二次成型体(热处理工序)。
通过以氧化性气氛对成型体5进行热处理,从而磁粉1的粒子的露
出面与氧反应,在磁粉1的表面生成氧化膜。该氧化膜将邻接的磁粉1
的粒子的表面彼此接合。即,氧化膜在磁粉1中被形成于在间隙露出的
部分,在磁粉1中未露出于间隙的部分(粒子压接的界面)成为母材本
身。因此,没有在磁粉1的全部表面形成氧化膜。
如此形成的二次成型体可充分确保强度。由此,可提高二次成型体
的抗弯强度。进而,在加压工序中在成型体5中不存在磁粉1的区域变
少,由此可提高热处理工序后的基于二次成型体的剩余磁通密度。应予
说明,二次成型体的密度为5~6g/cm3左右。
热处理工序通过在利用微波的加热炉、电炉、等离子体加热炉、高
频淬火炉、利用红外线加热器的加热炉等中配置1次成型体而进行。该
热处理工序中的加热没有限定,但例如可经由图13所示的温度变化而
进行。
如图13所示,加热温度T6可设定为小于磁粉1的分解温度T2。
例如,在使用Sm2Fe17N3、Fe16N2作为磁粉1的情况下,分解温度T2为
500℃左右,因此,将加热温度T6设定为小于500℃。例如,本工序中的
热处理温度T6设为200~300℃左右。
另外,氧化性气氛的氧浓度和气氛压力只要能够将磁粉1氧化即可,
只要为大气中的氧浓度程度和大气压程度则为充分。因此,无需特别管
理氧浓度、气压等。因此,可以在大气气氛下进行加热。而且,通过将
加热温度T6设为200~300℃左右,在为Sm2Fe17N3或Fe16N2的磁粉的
任一情况下,均可形成氧化膜。
如图12的步骤S9所示,进行利用涂膜包围在热处理工序中形成的
二次成型体的表面的处理,能够得到本方式的磁铁6。
涂膜为利用Cr、Zn、Ni、Ag、Cu等电镀而形成的镀覆被膜、通过
无电镀形成的镀覆被膜、由树脂涂层形成的树脂被膜、由玻璃涂层形成
的玻璃被膜、利用Ti、类金刚石碳(DLC)等形成的被膜等。作为无电
镀的例子,有使用Ni、Au、Ag、Cu、Sn、Co、它们的合金或混合物等
的无电镀。作为树脂涂层的例子,有由硅酮树脂、氟树脂、氨基甲酸酯
树脂等形成的涂层。
即,涂膜起到像蛋壳一样的功能。因此,磁铁6通过使氧化膜与涂
膜发挥接合力,可提高抗弯强度。特别是通过实施无电镀,从而可提高
表面硬度、密合性,能够使磁粉1的接合力更为牢固。另外,例如,镍
磷无电镀等的耐腐蚀性也变得良好。
进而,如上所述,氧化膜不仅在二次成型体的表面,在内部也将磁
粉1的粒子彼此接合。因此,在磁铁6的内部,利用氧化膜的接合力来
限制内部的磁粉1的粒子自由动作。因此,可抑制由磁粉1旋转引起磁
极反转的情况。即,能够得到高的剩余磁通密度。
这里,在涂层工序中,在应用电镀的情况下,镀覆前的二次成型体
作为电极发挥作用,因此需要提高该二次成型体的接合强度。但是,涂
层工序应用无电镀、树脂涂层、玻璃涂层的情况下,与电镀相比,无需
提高二次成型体的接合强度。即,利用氧化膜的接合力充分。因此,通
过上述涂层工序可以在二次成型体的表面可靠地形成涂膜。
用涂层工序实施无电镀时,使二次成型体浸入镀覆液。此时,镀覆
液要进入二次成型体的内部,但由于形成氧化膜,因此该氧化膜发挥抑
制镀覆液进入的效果。可期待抑制由镀覆液进入内部所致的腐蚀等的发
生。
本方式中,与实施方式1时同样地,能够得到致密的成型体5。而
且,由致密的成型体5可得到致密的磁铁6。
即,如本方式所述,在利用不使用粘结材料4的制造方法制造的磁
铁6中,与实施方式1同样地,发挥可得到致密的磁铁6的效果。即,
在对磁粉1进行加压而形成成型体5的制造方法中,通过控制磁粉1的
一次粒子和二次粒子的粒子特性,从而可确认发挥能够得到致密的成型
体5和磁铁6的效果。