フェライト・ラバーボンデッド磁石の技術

寺田裕:TDK(株)磁性製品ビジネスグループ開発部開発一課



写真1
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ファライトラバーボンデッド磁石


 フェライト・ラバーボンデッド磁石(以下フェライトラバー磁石)は、フェライト磁性粉とラバー(ゴム)から成る可撓性(柔軟性)を持った磁石であり、コストパフォーマンスに優れている(写真)。TDKのフェライト磁石は焼結磁石だけでなく、ラバー磁石についても高磁力化および高機能化・多機能化を追求した開発を続けている。
本稿では、おもに小型モーターに用いられるフェライトラバー磁石について、開発動向をまじえて述べる。


  ◆フ ェ ライトラバー磁石の用途と特徴
 現在、産業機械・自動車・データストレージ機器・OA機器・家電・AV機器などのあらゆる分野の電機製品には、数多くのモーター搭載されており、それらモータースペックに合わせた永久磁石が使用されている。大型・中型で高トルクが必要なモーターは異方性フェライト焼結磁石と希土類焼結磁石、小型で高トルクが必要なモーターは、希土類焼結磁石や希土類ボンド磁石が主に使用されている。これらに対して、小型で比較的トルクの低いモーターは等方性のフェライト焼結磁石やフェライトラバー磁石が使用されている。とくコストが要求されるモーターは、磁石そのもののコストと磁石の組み込みやすさからフェライトラバー磁石が多用されている(図1)。
 フェライトラバー磁石は、DVDやVTR、オーディオ、カーエアコンのルーバー用、コンピューター冷却ファンなどのモーターに用いられている。
フェライトラバー磁石の特徴は、原料であるフェライト粉が、金属磁性粉に比べて安価であるため原料コストが低減されることと、柔軟性を持つことから、切断、切削、打ち抜きなどの加工が容易であるため、製造コストも低減されることによる高コストパフォーマンスである。
磁石に対する市場要求は、「より小さいスペースで、より強い磁力を」という「高性能化」と、「より安く、より強い磁力を」という「高コストパフォーマンス」の2極化が進んでいる。
この中でフェライトラバー磁石は、コスト面で最も魅力ある磁石として位置付けることができる。

図1
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ラバー磁石の組み込み方法


  ◆製造方法
 フェライトラバー磁石の製造方法は、概ね次の3段階からなる。(1)フェライト磁性粉とラバーおよび添加剤との混合(2)押出または、カレンダーロールなどによる成型(3)製品寸法への切断加工。
無機物であるフェライト粉と、有機物であるラバーを、十分に混合することは製品の磁気特性と強度を充足させるために重要な要素である。十分に混合されていることを、親和性が良いといい、フェライト磁性粉とラバーの親和性の向上は、磁気特性だけでなく、モーターケースへの組込み性の特性要因になっている。
フェライトラバー磁石の成型方法は、圧延成型(図2※)と押出成型(図3※)の2つに分類される。圧延成型では、フェライト磁性粉とラバーをミキシングロールなどに通すことでシート形状に成型される。
 この場合の配向方法は、外力による機械配向である。扁平な形状のフェライト磁性粉を用いることで、配向させることができる。
一方、押出成型では、磁化容易軸が比較的長く、外部磁場によって配向しやすい(容易軸が揃い易い)形状のフェライト磁性粉を用いる。押出機出口に設置した、金型の空間に磁場を印加して、磁場中で配向させながら、連続的に成型する。
ここで用いられるラバーには、おもにニトリルラバー、アクリルラバーなどの合成ラバー、または塩素化ポリエチレンなどのエラストマーが使用されており、またいくつかの樹脂を混合する場合もある。
これらのラバーの性状は、磁石製品の機械的・物理的特性へ大きく影響するため、各用途・目的に応じて最適なラバーが使用されている。さらに、生産性向上や製品の高強度化を目的として、種々の添加剤が使われている。

図2
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  図3
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圧延成型
磁場押し出し成型


  ◆高性能・高機能化
 ボンデッド磁石の主要磁気特性である残留磁束密度(Br)は、以下のようになる。
(磁石の残留磁束密度)=(磁性粉の飽和磁束密度)×(磁性粉充填率)×(配向度)。
フェライトラバー磁石の高磁力化のためには、第2、3項の充填率と配向度の向上が重要な要素である。
フェライトラバー磁石の課題は、多くの磁性粉を詰め込みながら、配向度と製品強度を向上させることにある。圧延成型の場合、ロール間隙を通すことで配向させるため、磁性粉は、より扁平な形状であることが望ましい。ただし、扁平な形状であることで、十分な充填率を得られないことがあり、この両立が課題となっている。
一方、磁場押出成型の場合、高配向化のためには、より強い外部磁場の中で成型するだけでなく、磁性粉の自由度を向上させるための添加剤配合と成型技術が重要な要素となっている。このような添加剤として、金属石鹸などを潤滑剤として用いられることがある。添加剤には、配向度を向上させるだけでなく、充填率の向上に寄与するものもあり、磁気特性と製品強度を両立させる添加剤の選択が重要な要素となる。
 モーター用シートラバー磁石では、磁石としての磁気特性だけでなく、ラバーシートとしての柔軟性と、モータケースに組み込むための強度が求められる。
TDKでは、従来のモータ用シートラバー磁石(BQC14)よりも最大エネルギー積を約20%向上させた磁石を開発中(BQE17)であるが、高特性化だけではなく、高機能化に対しても製品展開を進めている(図4)。
小型モーターの中で、用途によっては難燃性が要求されている。難燃性と、磁気特性向上を両立させたBQI15も製品化予定である。またバインダーと添加剤を選択することで、これまでよりも強度を向上させて、組み込み性を向上させたBQC14Nを製品化予定である。
さらなる小型モーターの多様化に貢献するため、フェライトラバー磁石の高特性化、高磁力化および高機能化・多機能化のための開発を、低コスト化と合わせて継続している。

図4
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ファライトバー磁石の磁気特性分布

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