(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器に収容された希土類系磁石用原料合金に水素を吸蔵させる水素吸蔵室と、前記水素吸蔵室に前記処理容器を搬入する搬送手段とを有する希土類系磁石用原料合金の製造装置であって、前記搬送手段又は前記搬送手段の上流側に前記処理容器を大気中で加熱することによって前記処理容器に収容された前記希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部を大気中で０℃〜１００℃に加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする希土類系磁石用原料合金の製造装置。
【請求項２】
前記加熱手段が、前記処理容器の側方又は上方に、所定寸法の空間を介して配置されたことを特徴とする請求項１に記載の希土類系磁石用原料合金の製造装置。
【請求項３】
前記搬送手段がコンベアであり、前記加熱手段が前記コンベアの側方又は上方に配置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の希土類系磁石用原料合金の製造装置。
【請求項４】
前記加熱手段が前記処理容器の側方又は上方に配置された状態で前記処理容器とともに前記搬送手段を移動することを特徴とする請求項３に記載の希土類系磁石用原料合金の製造装置。
【請求項５】
請求項４に記載の希土類系磁石用原料合金の製造装置を用いた製造方法であって、前記処理容器の移動時にも前記加熱手段によって大気中で加熱することを特徴とする希土類系磁石用原料合金の製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の希土類系磁石用原料合金の製造装置を用いた製造方法であって、前記処理容器の周囲の雰囲気温度を０℃〜１５０℃としたことを特徴とする希土類系磁石用原料合金の製造方法。
【請求項７】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の希土類系磁石用原料合金の製造装置を用いた製造方法であって、前記処理容器の表面温度を０℃〜１００℃に加熱した状態で前記水素吸蔵室に搬入することを特徴とする希土類系磁石用原料合金の製造方法。
【請求項８】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の希土類系磁石用原料合金の製造装置を用いた製造方法であって、前記処理容器に収容された前記希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部を０℃〜１００℃に加熱した状態で前記水素吸蔵室に搬入することを特徴とする希土類系磁石用原料合金の製造方法。
【請求項９】
前記処理容器に収容された前記希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部を１０℃〜１００℃に加熱した状態で前記水素吸蔵室に搬入することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の希土類系磁石用原料合金の製造方法。
【請求項１０】
前記希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部を１０℃〜２５℃に加熱した状態で前記水素吸蔵室に搬入することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の希土類系磁石用原料合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類系磁石用原料合金の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能な希土類系磁石としては、サマリウム・コバルト系磁石とネオジウム・鉄・ボロン系磁石の２種類が広く使われている。
特にネオジウム・鉄・ボロン系磁石（以下、「Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石」と称する。）は、種々の磁石の中で最も高い磁気エネルギー積を示し、価格も比較的安いため、各種電気機器に採用されている。
希土類系磁石は、鋳造法（例えば遠心鋳造法）や急冷法（例えばストリップキャスト法）によって得られた原料合金を粗粉砕および微粉砕して形成した合金粉末をプレス成形した後、焼結工程および熱処理工程を経て作製される。希土類系磁石を製造するにあたり、原料合金を粗粉砕する過程で、粉砕効率が高いことから水素粉砕が多用されている。
水素粉砕とは、原料合金に水素を吸蔵させ、脆化させることで原料合金を粉砕する手法であり、次の工程により行なわれる。
まず、原料である合金を水素炉内に挿入した後、水素炉内部を真空引きによって減圧する。その後、水素ガスを水素炉内に供給し、原料合金に水素を吸蔵させる（水素吸蔵工程）。所定時間経過後、水素炉内の真空引きを行ないながら原料合金を加熱し（加熱工程）、原料合金から水素を放出させた後、冷却して（冷却工程）水素粉砕は終了する。これにより原料合金は脆化し、粗粉砕粉となる。水素粉砕後の粗粉砕粉は、次工程の微粉砕工程で、数μｍの微粉砕粉に粉砕される。
特許文献１には、希土類磁石合金塊の水素吸蔵量の時間変化を測定することにより、希土類磁石合金塊の良否判定を行う方法が記載されており、２７３Ｋ以下の温度では合金の水素吸蔵挙動が遅くなり、水素吸蔵に要する時間が非常に長くなることが記載されている。
特許文献２には、水素吸蔵工程において、反応容器に水素を導入する前に真空排気状態で反応容器内の温度を３５０℃程度に加熱することで、水素吸蔵に要する時間が短縮できることが記載されている。
特許文献１、２に記載されているように、水素吸蔵工程において合金の温度を一定温度以上に加熱することで、水素吸蔵時間が短縮されることが知られている。
一方、特許文献３には、水素吸蔵を行いやすくするための水素吸蔵工程の前処理工程が記載されており、この前処理工程では、合金が封入された容器を真空とし、容器を回転、揺動、又は振動による運動を与えながら合金塊の温度を０〜６００℃に保持することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２７５５９８号公報（段落番号００５６）
【特許文献２】特開２００５−８２８９１号公報（段落番号００８１）
【特許文献３】特開平４−１４７９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
各特許文献からも分かるように、水素粉砕における水素吸蔵の過程において、水素吸蔵の時間を短くして生産能力を向上させることは、製造コストの低減を図る上で重要な要因である。  
しかし、特許文献１、２では、水素を導入する前に真空排気状態で炉内を一定温度に加熱するため、水素吸蔵時間は短縮されても、加熱に要する時間が必要となり、水素粉砕工程全体では時間短縮を図りにくいという問題がある。
特に、水素粉砕装置が連続炉タイプの場合、水素吸蔵室での処理時間が長くなると、加熱工程、冷却工程において処理待ちが生じたり、時間調整のために無駄な加熱、無駄な冷却を行なわなければならなくなるなど、装置全体の処理サイクルが乱れ、水素粉砕工程全体の処理時間の増加を招く。また、水素粉砕工程の処理時間の増加は、後続する粉砕工程、成形工程、焼結工程にも影響を及ぼすという問題がある。
また、特許文献３では、水素吸蔵工程の前工程として加熱処理工程を行っているが、この前処理工程においても、容器を真空排気した後に加熱処理を行っており、前処理工程での処理時間が長くなってしなう。
特に特許文献３からも分かるように、例え水素粉砕前であっても、大気中で合金を加熱すると、合金表面の酸化が進み、最終的に得られる磁石の磁気特性が低下するという技術常識がある。
特に、急冷法による原料合金を用いた場合、原料合金の厚さが非常に薄く組織が微細化されているため、酸素に対する活性度が高く、原料合金であっても急激な酸化による発火の危険性がある。
このような技術常識の中で、発明者らは実験の結果、たとえ大気中であっても、合金が１００℃を超えない所定温度であれば、原料合金の酸化を進行させることなく、最終的に得られる磁気特性の低下を引き起こさないことを見いだした。
【０００５】
そこで本発明は、希土類系磁石用原料合金に水素を吸蔵させる水素吸蔵工程において、磁気特性を低下させることなく水素吸蔵工程を短縮して製造コストを低減することができる希土類系磁石用原料合金の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の本発明の希土類系磁石用原料合金の製造装置は、処理容器に収容された希土類系磁石用原料合金に水素を吸蔵させる水素吸蔵室と、前記水素吸蔵室に前記処理容器を搬入する搬送手段とを有する希土類系磁石用原料合金の製造装置であって、前記搬送手段又は前記搬送手段の上流側に大気中で前記処理容器を加熱することによって前記処理容器に収容された前記希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部を大気中で０℃〜１００℃に加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の希土類系磁石用原料合金の製造装置において、前記加熱手段が、前記処理容器の側方又は上方に、所定寸法の空間を介して配置されたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の希土類系磁石用原料合金の製造装置において、前記搬送手段がコンベアであり、前記加熱手段が前記コンベアの側方又は上方に配置されたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項３に記載の希土類系磁石用原料合金の製造装置において、前記加熱手段が前記処理容器の側方又は上方に配置された状態で前記処理容器とともに前記搬送手段を移動することを特徴とする。
請求項５記載の本発明の希土類系磁石用原料合金の製造方法は、請求項４に記載の希土類系磁石用原料合金の製造装置を用いた製造方法であって、前記処理容器の移動時にも大気中で前記加熱手段によって加熱することを特徴とする。
請求項６記載の本発明の希土類系磁石用原料合金の製造方法は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の希土類系磁石用原料合金の製造装置を用いた製造方法であって、前記処理容器の周囲の雰囲気温度を０℃〜１５０℃としたことを特徴とする。
請求項７記載の本発明の希土類系磁石用原料合金の製造方法は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の希土類系磁石用原料合金の製造装置を用いた製造方法であって、前記処理容器の表面温度を０℃〜１００℃に加熱した状態で前記水素吸蔵室に搬入することを特徴とする。
請求項８記載の本発明の希土類系磁石用原料合金の製造方法は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の希土類系磁石用原料合金の製造装置を用いた製造方法であって、前記処理容器に収容された前記希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部を０℃〜１００℃に加熱した状態で前記水素吸蔵室に搬入することを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項５から請求項７のいずれかに記載の希土類系磁石用原料合金の製造方法において、前記処理容器に収容された前記希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部を１０℃〜１００℃に加熱した状態で前記水素吸蔵室に搬入することを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項８又は請求項９に記載の希土類系磁石用原料合金の製造方法において、前記希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部を１０℃〜２５℃に加熱した状態で前記水素吸蔵室に搬入することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の希土類系磁石用原料合金の製造装置によれば、水素吸蔵室に搬入する前に処理容器を大気中で加熱して、処理容器内の希土類系磁石用原料合金を加熱することで、水素吸蔵室内における加熱処理を行うことなく、希土類系磁石用原料合金への水素吸蔵時間を短縮できるため、水素吸蔵室における処理時間の短縮を図ることができるとともに希土類系磁石用原料合金の酸化による磁気特性の低下を防止することができる。
また、本発明の希土類系磁石用原料合金の製造方法によれば、処理容器の移動時にも加熱手段によって大気中で加熱することで、水素吸蔵室の搬入時にあわせて処理容器の温度を最適に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施例による希土類系磁石用原料合金の製造装置の概略構成図
【図２】同製造装置における加熱手段を示す斜視図
【図３】原料合金の温度の違いによる水素吸蔵の挙動特性を示す図
【図４】雰囲気温度の違いによる水素吸蔵特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の第１の実施の形態による希土類系磁石用原料合金の製造装置は、搬送手段又は搬送手段の上流側に処理容器を大気中で加熱することによって処理容器に収容された希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部を大気中で０℃〜１００℃に加熱する加熱手段を設けたものである。本実施の形態によれば、水素吸蔵室に搬入する前に処理容器を大気中で加熱して、処理容器内の希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部を大気中で０℃〜１００℃に加熱することで、水素吸蔵室内における加熱処理を行うことなく、希土類系磁石用原料合金への水素吸蔵時間を短縮できるため、水素吸蔵室における処理時間の短縮を図ることができるとともに希土類系磁石用原料合金の酸化による磁気特性の低下を防止することができる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による希土類系磁石用原料合金の製造装置において、加熱手段が、処理容器の側方又は上方に、所定寸法の空間を介して配置されたものである。本実施の形態によれば、所定温度の雰囲気下で処理容器を加熱することができるため、加熱しすぎによる希土類系磁石用原料合金の酸化を防止することができる。
本発明の第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態による希土類系磁石用原料合金の製造装置において、搬送手段がコンベアであり、加熱手段がコンベアの側方又は上方に配置されたものである。本実施の形態によれば、製造工程中に独立した室を設けることなく、既設の搬送経路中で加熱を行うことができる。
本発明の第４の実施の形態は、第３の実施の形態による希土類系磁石用原料合金の製造装置において、加熱手段が処理容器の側方又は上方に配置された状態で処理容器とともに搬送手段を移動するものである。本実施の形態によれば、搬送中に加熱を行うことができるため、搬送時間を有効に活用できる。
本発明の第５の実施の形態による希土類系磁石用原料合金の製造方法は、第４の実施の形態による希土類系磁石用原料合金の製造装置を用いた製造方法において、処理容器の移動時にも加熱手段によって大気中で加熱するものである。本実施の形態によれば、水素吸蔵室の搬入時にあわせて処理容器の温度を最適に維持することができる。
本発明の第６の実施の形態は、第１から第４のいずれかの実施の形態による希土類系磁石用原料合金の製造方法において、処理容器の周囲の雰囲気温度を０℃〜１５０℃としたものである。本実施の形態によれば、希土類系磁石用原料合金の酸化を早めることなく、希土類系磁石用原料合金への水素吸蔵時間を短縮できる。
本発明の第７の実施の形態は、第１から第４のいずれかの実施の形態による希土類系磁石用原料合金の製造方法において、処理容器の表面温度を０℃〜１００℃に加熱した状態で水素吸蔵室に搬入するものである。本実施の形態によれば、希土類系磁石用原料合金の酸化を早めることなく、希土類系磁石用原料合金への水素吸蔵時間を短縮できる。
本発明の第８の実施の形態は、第１から第４のいずれかの実施の形態による希土類系磁石用原料合金の製造方法において、処理容器に収容された希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部を０℃〜１００℃に加熱した状態で水素吸蔵室に搬入するものである。本実施の形態によれば、希土類系磁石用原料合金の酸化を早めることなく、希土類系磁石用原料合金への水素吸蔵時間を短縮できる。
本発明の第９の実施の形態は、第５から第７のいずれかの実施の形態による希土類系磁石用原料合金の製造方法において、処理容器に収容された希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部を１０℃〜１００℃に加熱した状態で水素吸蔵室に搬入するものである。本実施の形態によれば、希土類系磁石用原料合金を１０℃以上とすることで更に水素吸蔵時間を短縮できる。
本発明の第１０の実施の形態は、第８又は第９の実施の形態による希土類系磁石用原料合金の製造方法において、希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部を１０℃〜２５℃に加熱した状態で水素吸蔵室に搬入するものである。本実施の形態によれば、加熱に要するエネルギーを最小限に抑えつつ、水素吸蔵時間を短縮できる。
【実施例】
【００１０】
以下本発明の一実施例による希土類系磁石用原料合金の製造装置について説明する。
図１は本実施例による希土類系磁石用原料合金の製造装置の概略構成図である。
図１に示すように、本実施例による希土類系磁石用原料合金の製造装置は、希土類系磁石用原料合金に水素を吸蔵させる水素吸蔵室１０と、水素吸蔵により水素粉砕された希土類系磁石用原料合金の水素粉砕粉を加熱により脱水素する加熱室２０と、加熱された水素粉砕粉を冷却する冷却室３０と、冷却された水素粉砕粉を回収容器１に回収する回収室４０とを備えている。
水素吸蔵室１０の上流側には、処理容器５０を加熱する加熱手段６０を設けている。本実施例では、加熱手段６０を搬送手段５に配置しているが、搬送手段５の上流側に配置してもよい。本実施例では搬送手段５としてコンベアを示しており、加熱手段６０はコンベアの側方又は上方に配置される。加熱手段６０は、搬送手段５の所定の位置に配置されるが、搬送手段５に沿って移動可能に設けられていることが好ましい。特に処理容器５０とともに同じ搬送速度で移動できるように構成されていることが好ましい。
【００１１】
水素吸蔵室１０は、搬入口には遮断扉１１を、加熱室２０への搬出口には遮断扉２１を有して、室内の密封を保てるように構成されている。水素吸蔵室１０は、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段１２と、室内のガスを排出する真空排気手段１３と、水素ガスを導入する水素導入手段１４と、処理容器５０を搬送するコンベア手段１５を備えている。
加熱室２０は、水素吸蔵室１０からの搬入口には遮断扉２１を、冷却室３０への搬出口には遮断扉３１を有して、室内の密封を保てるように構成されている。加熱室２０は、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段２２と、室内のガスを排出する真空排気手段２３と、室内を加熱する加熱源２４と、処理容器５０を搬送するコンベア手段２５を備えている。
冷却室３０は、加熱室２０からの搬入口には遮断扉３１を、回収室４０への搬出口には遮断扉４１を有して室内の密封を保てるように構成されている。冷却室３０は、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段３２と、室内のガスを排出する真空排気手段３３と、室内を冷却する冷却手段３４と、処理容器５０を搬送するコンベア手段３５を備えている。
回収室４０は、冷却室３０からの搬入口には遮断扉４１を、炉外への搬出口には遮断扉２を有して、室内の密封を保てるように構成されている。回収室４０は、不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段４２と、室内のガスを排出する真空排気手段４３と、処理容器５０を上下反転させる反転手段４４と、処理容器５０を搬送するコンベア手段４５を備えている。また、回収室４０の下部にはバルブ７０を有しており、バルブ７０を介して回収容器１が接続されている。なお、回収容器１には容器を密封するためのバルブ（図示せず）が設けられている。
処理容器５０は、希土類系磁石用原料合金を収納した状態で、炉外の加熱手段６０、炉内の水素吸蔵室１０、加熱室２０、冷却室３０、及び回収室４０に移送される。
【００１２】
なお、本発明においては、上記のように、水素吸蔵室１０、加熱室２０、冷却室３０がそれぞれ独立したいわゆる連続炉タイプの製造装置以外に、水素吸蔵工程、加熱工程、冷却工程を一室で行なういわゆるバッチ炉（独立炉）タイプの製造装置を用いることができる。また、水素吸蔵室１０兼加熱室２０と冷却室３０、水素吸蔵室１０と加熱室２０兼冷却室３０などの構成や、処理能力を向上させるために加熱室２０、冷却室３０を複数設け、水素吸蔵室１０、第一加熱室、第二加熱室、第一冷却室、第二冷却室とした構成の製造装置を用いることもできる。さらに、水素吸蔵室１０の前に準備室や予備室が設置された構成の製造装置でも構わない。この場合には、加熱手段６０を水素吸蔵室１０の前に設置された準備室や予備室に設けてもよい。また、加熱手段６０を準備室や予備室に設けるとともに搬送手段５に設けてもよい。
【００１３】
本装置で処理対象とされる希土類系磁石用原料合金は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石用原料合金であることが好ましく、望ましくはＲ−Ｆｅ（Ｃｏ）−Ｂ−Ｍ系である。
Ｒは、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｔｂのうち少なくとも一種から選択される。ただし、Ｒは、ＮｄまたはＰｒのいずれか一方を必ず含むことが望ましい。更に好ましくは、Ｎｄ−Ｄｙ、Ｎｄ−Ｔｂ、Ｎｄ−Ｐｒ−Ｄｙ、またはＮｄ−Ｐｒ−Ｔｂで示される希土類元素の組合せを用いる。
Ｒのうち、ＤｙやＴｂは、特に保磁力の向上に効果を発揮する。上記元素以外に少量のＣｅやＬａなど他の希土類元素を含有してもよく、ミッシュメタルやジジムを用いることもできる。また、Ｒは純元素でなくてもよく、工業上入手可能な範囲で、製造上不可避な不純物を含有するものでも差し支えない。含有量は、従来から知られる含有量を採用することができ、例えば、２５質量％以上３５質量％以下が好ましい範囲である。２５質量％未満では高磁気特性、特に高保磁力が得られず、３５質量％を超えると残留磁束密度が低下するためである。
Ｔは、Ｆｅを必ず含み、その５０％以下をＣｏで置換することができる。Ｃｏは温度特性の向上、耐食性の向上に有効であり、通常は１０質量％以下のＣｏおよび残部Ｆｅの組合せで用いる。Ｔの含有量は、ＲとＢあるいはＲとＢとＭとの残部を占める。
Ｂの含有量についても公知の含有量で差し支えなく、例えば、０．９質量％〜１．２質量％が好ましい範囲である。０．９質量％未満では高保磁力が得られず、１．２質量％を超えると残留磁束密度が低下するため好ましくない。なお、Ｂの一部はＣで置換することができる。Ｃ置換は磁石の耐食性を向上させることができ有効である。Ｂ＋Ｃとした場合の含有量は、Ｃの置換原子数をＢの原子数で換算し、上記のＢ濃度の範囲内に設定されることが好ましい。
上記元素に加え、保磁力向上のためにＭ元素を添加することができる。Ｍ元素は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうち少なくとも一種である。添加量は２質量％以下が好ましい。５質量％を超えると残留磁束密度が低下するためである。
また、不可避的不純物も許容することができる。例えば、Ｆｅから混入するＭｎ、Ｃｒや、Ｆｅ−Ｂ（フェロボロン）から混入するＡｌ、Ｓｉ、Ｃｕなどである。
【００１４】
本装置に搬入される希土類系磁石用原料合金は溶解法により製造される。最終的に必要な組成となるように事前に調整した金属を溶解し、鋳型に入れるインゴット鋳造法や、溶湯を単ロール、双ロール、回転ディスク、または回転円筒鋳型等に接触させて急冷し、インゴット法で作られた合金よりも薄い凝固合金を作製するストリップキャスト法や遠心鋳造法に代表される急冷法により製造される。本実施例による希土類系磁石用原料合金は、インゴット法、急冷法どちらの方法により製造された材料にも適用できるが、急冷法により製造されるものがより望ましい。
急冷法によって作製した希土類系磁石用原料合金（急冷合金）の厚さは０．０３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲にあり、フレーク形状である。合金溶湯は冷却ロールの接触した面（ロール接触面）から凝固し始め、ロール接触面から厚さ方向に結晶が柱状に成長してゆく。急冷合金は、従来のインゴット鋳造法（金型鋳造法）によって作製された合金（インゴット合金）に比較して、短時間に冷却されているため、組織が微細化され、結晶粒径が小さい。また粒界の面積が広く、Ｒリッチ相は粒界内に大きく広がっているため、Ｒリッチ相の分散性に優れる。このため水素粉砕法により粒界で破断し易いが、前述の通り、酸素に対する活性度が高い。急冷合金を水素粉砕することで、水素粉砕粉（粗粉砕粉）の平均サイズを例えば１．０ｍｍ以下とすることができる。
【００１５】
本実施例による製造装置は、水素吸蔵室１０、加熱室２０、冷却室３０、及び回収室４０がそれぞれ１室連接した構成を示しているが、生産性の理由から、特に加熱室２０や冷却室３０を複数設ける場合もある。
処理容器５０は、上面に開口部を有し、この開口部には蓋体５１が設けられる。ここで、蓋体５１は開口部を密閉するものではなく開口部との間に水素ガスや不活性ガスなどが出入りできる隙間を有している。つまり、処理容器５０の開口部を蓋体５１で覆った状態になっている。処理容器５０は、耐熱性があり加工も比較的簡単なステンレスが適している。容積や板厚は一回に処理する量や、製造装置の寸法に合わせて適宜決定すればよい。処理容器５０は、上部が開放されていれば、形状にはこだわらないが、一般的には箱型としている。水素吸蔵、加熱、冷却の効率を向上させるため、一つの台座に複数の箱型容器を一定の間隔をもって配置することも好ましい構成の一つである。ちなみに、本実施例においては、一つの台座に箱型容器を４列×２列で所定の間隔を開けて配置した処理容器５０を用いている。また、処理容器５０には、内部を貫通するパイプを備えていることが望ましい。原料合金は処理容器５０に投入されて堆積しているため、処理容器５０内部は加熱や冷却による温度変化が遅くなり、脱水素や脱水素後の冷却が十分ではなく、最終的に得られる磁石の磁気特性がばらつく原因となるため、内部を貫通するパイプの内部に加熱や冷却用の不活性ガスを通過させることで、処理容器５０表面の原料合金と内部の原料合金の温度変化に差が少なくなり、品質が安定する。前記パイプは、直径が異なるものを組合せたり、配置場所や配置間隔を選定することで、さらに原料合金の温度変化を改善することができる。
処理容器５０は、開口部を蓋体５１で覆った状態で、水素吸蔵室１０、加熱室２０、及び冷却室３０に移送される。なお、加熱手段６０にて加熱する際にも、開口部を蓋体５１で覆った状態であってもよい。
【００１６】
以下に本実施例による希土類系磁石用原料合金の製造方法について図１を用いて説明する。
処理容器５０には、例えば急冷法によって製造されたフレーク状の希土類系磁石用原料合金が収納されている。
処理容器５０は、搬送手段５に載置された状態で加熱手段６０によって加熱される。処理容器５０は、搬送手段５の所定の位置にて静置され、加熱手段６０によって処理容器５０の周囲の雰囲気温度は０℃〜１５０℃に維持される。
所定時間の経過後、処理容器５０の表面温度が０℃〜１００℃に加熱された状態で水素吸蔵室１０に搬入する。水素吸蔵室１０に搬入する時点では、処理容器５０に収容された希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部は０℃〜１００℃に加熱された状態にある。希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部は１０℃〜１００℃に加熱された状態が好ましく、更には１０℃〜２５℃の範囲がより好ましい。
【００１７】
希土類系磁石用原料合金の全てが０℃未満の状態では水素粉砕に必要な時間が長くなるため望ましくない。一方、１００℃を超えると、急冷法よる原料合金を用いた場合、急激な酸化により原料合金が部分的に発火する場合がある。従って、希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部が0℃〜１００℃となるように加熱温度を設定する。更に望ましいのは希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部が１０℃以上となる状態であり、希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部が１０℃〜１００℃となるように加熱温度を設定する。また、加熱に伴う電力のコストと後述する図３、図４の結果を考慮すると、希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部が１０℃〜２５℃となるように加熱温度を設定することがさらに好ましい。
但し、日本国内においては、季節によって外気温が変化し、夏季には４０℃を超える地域も存在する。海外で製造する場合はなおさら外気温の変化は激しい。加熱温度が異なると、水素吸蔵室１０内における処理時間に影響を及ぼし、得られる原料合金の品質（含有酸素量など）が不安定になる場合がある。製造地域にかかわらず一年を通じて同じ品質の製品を安定して供給するには加熱条件を統一することが望ましい。この場合、電力コストを重視した１０℃〜２５℃の範囲に設定すると、外気温が４０℃を超えると冷却する必要が生じ、逆に電力コストのアップに繋がってしまう。従って、品質の安定を重視する場合は、それぞれの製造地域にて予想される最高気温以上、例えば４０℃〜１００℃の範囲内で特定温度を設定し、各製造地域で同じ加熱温度で実施することが好ましい。
【００１８】
希土類磁石用金属合金の少なくとも一部を０℃〜１００℃に加熱するためには、希土類磁石系金属合金を入れる処理容器５０の表面温度を０℃〜１００℃に加熱するのが望ましい。
そして、処理容器５０の表面温度を０℃〜１００℃に加熱するためには処理容器５０の周囲の雰囲気温度を０℃〜１５０℃にするのが望ましい。
ここで、水素吸蔵室１０に搬入するタイミング制御は、処理容器５０の表面温度や処理容器５０に収容された希土類系磁石用原料合金の温度を計測し、又はあらかじめ検証により得られた時間によって決定された時間によって行うこともできるが、本実施例のような連続炉タイプの装置にあっては、水素吸蔵室１０への搬入待ちの待機時間中は継続的に加熱手段６０にて保温状態を維持し、加熱手段６０での加熱時間制御を行わないこともできる。このように加熱手段６０での加熱時間制御を行わない場合には特に、加熱手段６０を処理容器５０の側方又は上方に、所定寸法の空間を介して配置して、処理容器５０の周囲の雰囲気温度を０℃〜１５０℃に維持することが適している。このように、本発明によれば、水素粉砕装置全体の処理サイクルを乱すことなく、水素吸蔵時間を短縮できる。
【００１９】
その後、水素吸蔵室１０の遮断扉１１を開放して、処理容器５０は水素吸蔵室１０内に搬入される。搬入後に遮断扉１１を閉塞し、真空排気手段１３を動作させて水素吸蔵室１０内を真空引きする。
水素吸蔵室１０内を真空排気し、真空排気手段１３の動作を終了した後に、水素導入手段１４を動作させて水素吸蔵室１０内に水素ガスを導入する。水素ガスの導入により水素吸蔵室１０内を０．１〜０．１８ＭＰａの圧力とし、処理容器５０内の希土類系磁石用原料合金に水素を吸蔵させ、水素吸蔵工程を実施する。なお、水素吸蔵室１０内を加圧状態として水素を吸蔵させてもよい。
所定時間経過後（水素吸蔵終了後）に、水素導入手段１４の動作を終了させて水素ガスの導入を停止し、水素吸蔵室１０内の水素ガスを真空排気手段１３を動作させることによって真空排気する。これによって水素吸蔵工程は終了し、次の加熱工程へ移る。このとき、希土類系磁石用原料合金は水素を吸蔵して脆化し粉砕され、水素粉砕粉（粗粉砕粉）となっている。
【００２０】
なお、水素を吸蔵する水素化反応は発熱反応であるため、水素の吸蔵に伴って原料合金の温度が上昇するが、原料合金の少なくとも一部が所定の温度に加熱されていることで、この所定の温度に加熱されている原料合金の水素吸蔵開始時間は遅れることがない。そして、加熱されている一部の原料合金の水素吸蔵にともなう温度上昇がトリガーとなって、加熱されていない他の原料合金についても水素吸蔵が開始する。
このように一部の原料合金の水素化反応をトリガーとして、水素吸蔵時の発熱反応による原料合金の温度上昇を利用して、低温の原料合金の水素化反応を促進することができ、主として粒界のＲリッチ相で水素吸蔵を行うため、原料合金の脆化を十分に進行させながら、水素吸蔵工程の時間短縮、導入水素量を低減することができる。また、高温保持状態を維持しながら続く加熱工程へ移ると、加熱室２０の温度低下を防止することもできるので、加熱室２０における加熱工程の時間短縮、加熱に要する電力消費を低減することができる。
【００２１】
次に、加熱工程に移るに際して、処理容器５０は、水素吸蔵室１０から加熱室２０に移送されるが、移送にあたって加熱室２０内は真空排気手段２３によってあらかじめ真空排気されている。
処理容器５０は、遮断扉２１を開放し、コンベア手段１５及びコンベア手段２５の駆動により、水素吸蔵室１０から加熱室２０に搬入される。搬入後に遮断扉２１を閉塞し、加熱室２０内を真空排気手段２３によって更に真空引きするとともに加熱源２４によって加熱する。加熱室２０内は、加熱源２４によって５００〜６００℃の温度に維持され、真空排気手段２３によって１Ｐａ程度の圧力に維持される。これによって水素粉砕粉の脱水素が行われる。水素粉砕粉の加熱工程においては、上記のように加熱室２０内を真空排気するが、真空排気と同時に不活性ガス（例えばアルゴンガス）を導入して、所定の圧力で流気状態にすることによって、原料合金の昇温速度を速くすることができ、加熱工程に要する時間短縮をはかることもできる。
【００２２】
水素粉砕粉の脱水素が十分に行われた後に、加熱室２０内は不活性ガス導入手段２２を動作させることによって不活性ガスが導入され、冷却室３０内の雰囲気に近づけた後、不活性ガス導入手段２２の動作を終了させる。不活性ガスとしてはアルゴンガスが好ましい。
加熱室２０内にある処理容器５０は、遮断扉３１を開放し、コンベア手段２５及びコンベア手段３５の駆動により、加熱室２０から冷却室３０に搬入される。搬入後に遮断扉３１を閉塞し、冷却室３０内を冷却手段３４によって冷却する。
冷却は、ファンによる冷却または冷却室３０内の冷却水循環による冷却あるいはそれらを併用することによって行なう。
冷却室３０内にある処理容器５０は、遮断扉４１を開放し、コンベア手段３５及びコンベア手段４５の駆動により、冷却室３０から回収室４０に搬入される。回収室４０への搬入にあたって、回収室４０内は不活性ガス導入手段４２を動作させることによって不活性ガス（アルゴンガス）が導入され、冷却室３０内の雰囲気に近づけた後、不活性ガス導入手段４２の動作を終了させる。
回収室４０内に処理容器５０が搬入されると、遮断扉４１を閉塞し、回収室４０内は、真空排気手段４３を動作させることによって真空排気される。回収室４０内が真空排気され、１０００Ｐａ〜１Ｐａ、好ましくは５Ｐａ〜１Ｐａの圧力にした状態で、蓋体５１を取り外して反転手段４４を動作させ、処理容器５０内の水素粉砕粉を回収室４０内底部に落下させて排出する。なお、反転手段４４は、処理容器５０内の水素粉砕粉を回収室４０内に排出する手段として好ましい手段であるが、本発明の回収方法における主たる特徴は、処理容器５０内の水素粉砕粉を回収室４０内に排出する際に回収室４０内を減圧していることにある。従って、回収室４０内が減圧されていれば、反転手段４４以外の排出手段を用いても構わない。
【００２３】
上記において、回収室４０内の圧力を、１０００Ｐａ〜１Ｐａ、好ましくは５Ｐａ〜１Ｐａとした理由は次の通りである。
回収室４０内は、回収工程終了後、空になった処理容器５０を遮断扉２から取り出した後、遮断扉２を閉じて真空排気され、冷却室３０から次の処理容器５０が来るまで真空排気が継続されている。そして、次の処理容器５０が搬入される直前で冷却室３０の雰囲気に近づけるために不活性ガス（アルゴンガス）により復圧されるため、回収室４０内の酸素量は十分低減されており（例えば２０ｐｐｍ以下）、水素粉砕粉の酸化防止の観点ではほとんど酸素量を考慮する必要はない。従って、１０００Ｐａ〜１Ｐａという圧力は、水素粉砕粉が回収室４０内で舞わないという条件を規定したものである。一方、製造装置のサイクルスピードが速かったり、回収室４０内の点検や整備などで、冷却室３０から次の処理容器５０が来るまでに十分な真空排気ができていなかった場合などは、回収室４０内の酸素量を十分に低減させ、好ましくは酸素量が２０ｐｐｍ以下とするために、回収室４０内の圧力を５Ｐａ〜１Ｐａにすることが好ましい。すなわち、５Ｐａ〜１Ｐａという圧力は、回収室４０内の酸素量を２０ｐｐｍ以下にするための条件を規定したものである。当然ながら、５Ｐａは１０００Ｐａよりも高真空であるため、水素粉砕粉が回収室４０内で舞うことはない。このように、回収室４０内の圧力は、通常は１０００Ｐａ以下で十分であり、５Ｐａ以下であればより好ましい。
本発明は水素粉砕粉の酸化や水素粉砕粉の回収室４０内での舞いを防ぐ意味では１Ｐａ以下の真空度は必ずしも必要ではないが、たとえ1Ｐａ以下であっても本発明を実施できる。
【００２４】
回収室４０内に水素粉砕粉を落下させた後、真空排気手段４３の動作を終了し、再び不活性ガス導入手段４２を動作させることによって回収室４０内に不活性ガス（アルゴンガス）を導入して所定圧力とした後、不活性ガス導入手段４２の動作を終了する。なお、回収容器１は、回収容器１に設けられたバルブ（図示せず）が開放されており、回収容器１内の空気酸素濃度が２０ｐｐｍ以下となるように不活性ガスにてあらかじめ置換している。また、回収室４０内への不活性ガス（アルゴンガス）の導入により、回収室４０内の所定圧力は、回収容器１内の圧力と同圧としている。この状態で、バルブ７０を開放して回収容器１内に水素粉砕粉を回収する。
回収容器１への水素粉砕粉の回収が終了すると、バルブ７０及び回収容器１に設けられたバルブ（図示せず）をそれぞれ閉塞し、回収容器１を回収室４０から離脱させる。その後、遮断扉２を開放して処理容器５０を回収室４０外へ移送する。
【００２５】
本実施例では、搬送手段５又は搬送手段５の上流側に処理容器５０を加熱する加熱手段６０を設け、水素吸蔵室１０に搬入する前に希土類系磁石用原料合金を加熱することで、水素吸蔵室１０内における加熱処理を行うことなく、希土類系磁石用原料合金への水素吸蔵時間を短縮できるため、水素吸蔵室１０における処理時間の短縮を図ることができる。
また本実施例では、回収室４０には、処理容器５０を上下反転させる反転手段４４を有し、処理容器５０は、上面に開口部を有し、処理容器５０内の希土類系磁石用原料合金の排出を、反転手段４４による上下反転によって行う。従って、処理容器５０の下部を開放して水素粉砕粉を落下させる場合に比較して、開口部周辺や蓋体５１周辺に水素粉砕粉が残留することが少なく、更に減圧した状態なので、反転動作による気流の発生による水素粉砕粉の舞い上がりの影響も生じない。
【００２６】
また本実施例では、搬送手段５がコンベアであり、加熱手段６０をコンベアの側方又は上方に配置することで、製造工程中に独立した室を設けることなく、既設の搬送経路中で加熱を行うことができる。
また本実施例では、加熱手段６０が処理容器５０の側方又は上方に配置された状態で処理容器５０とともに搬送手段５を移動して、搬送中に加熱を行うことができるため、搬送時間を有効に活用できる。
また本実施例では、処理容器５０の移動時にも加熱手段６０によって加熱することで、水素吸蔵室１０の搬入時にあわせて処理容器５０の温度を最適に維持することができる。
また本実施例では、処理容器５０の周囲の雰囲気温度を０℃〜１５０℃とすることで、希土類系磁石用原料合金の酸化を早めることなく、希土類系磁石用原料合金への水素吸蔵時間を短縮できる。
また本実施例では、処理容器５０の表面温度を０℃〜１００℃に加熱した状態で水素吸蔵室１０に搬入することで、希土類系磁石用原料合金の酸化を早めることなく、希土類系磁石用原料合金への水素吸蔵時間を短縮できる。
また本実施例では、処理容器５０に収容された希土類系磁石用原料合金の少なくとも一部を０℃〜１００℃に加熱した状態で水素吸蔵室１０に搬入することで、希土類系磁石用原料合金の酸化を早めることなく、希土類系磁石用原料合金への水素吸蔵時間を短縮できる。
【００２７】
次に、図１で説明した加熱手段の更に詳細な構成と動作について説明する。
図２は同製造装置における加熱手段を示す斜視図である。
加熱手段６０は、一方に配置される加熱源保持板６１、他方に配置される加熱源保持板６２、上方に配置される加熱源保持板６３で構成され、これら加熱源保持板６１、６２、６３は、それぞれ加熱源６１ａ、６２ａ、６３ａを内部空間側に保持し、枠体６４に取り付けられている。ここで、内部空間は、処理容器５０を配設した状態で、処理容器５０の側方及び上方に、所定寸法の空間が形成される大きさとなっている。
加熱源保持板６１、６２、６３が取り付けられている枠体６４は、コンベア上に配置されている。
【００２８】
本実施例では、加熱手段６０が、処理容器５０の側方及び上方に、所定寸法の空間を介して配置され、所定温度の雰囲気下で処理容器５０を加熱することができるため、加熱しすぎによる希土類系磁石用原料合金の酸化を防止することができる。
また本実施例では、搬送手段５がコンベアであり、加熱手段６０がコンベア上に配置されているので、製造工程中に独立した室を設けることなく、既設の搬送経路中で加熱を行うことができる。
【００２９】
次に、図３及び図４を用いて希土類系磁石用原料合金の水素吸蔵の挙動特性について説明する。
図３は原料合金の温度の違いによる水素吸蔵の挙動特性を示す図、図４は雰囲気温度の違いによる水素吸蔵特性を示す図である。
図３では、原料合金の温度が２０℃前後、１０℃前後、０〜５℃程度の３つの群に分類した場合の水素吸蔵量の時間による変化特性を示している。
図３に示すように、水素吸蔵量が０．４ｗｔ％で比較すると、２０℃前後の群は約５０分、１０℃前後の群は約６０分から８０分、０〜５℃程度の群は１００分から１２０分程度となっている。
このように原料合金の温度が低いと水素吸蔵に要する時間は長くなる。
また、水素吸蔵の開始段階、例えば０．０１ｗｔ％程度の段階で比較すると、１０℃を下回ると、立ち上がりに相当の時間を要しており、図示はしないが、更に０℃を下回るとその現象は顕著に表れる。
図４では、飽和水素吸蔵量の１０％の水素吸蔵（水素吸蔵の開始段階）に要する雰囲気温度と時間との関係を示し、図４中の実線は平均特性線、２本の破線は全てのデータが含まれるように引いた境界特性線である。これら平均特性線及び境界特性線から分かる通り、雰囲気温度が２５℃になると水素吸蔵の開始までに要する時間には大きな差異は見られず、また時間的ばらつきも小さくなることが分かる。また、雰囲気温度が０〜１５℃の範囲においては、１５℃以上と比較すると水素吸蔵の開始までに要する時間は長時間となり、また雰囲気温度が低下するに従い水素吸蔵の開始までに要する時間は増加する傾向にはあるが、その曲率からもわかるように、０℃より低い雰囲気温度での想定時間との比較では、短時間で水素吸蔵が開始されることが分かる。
又希土類磁石用原料合金の一部を１００℃超の温度に加熱した場合には、合金が部分的に発火する現象が見られ、１００℃超の温度設定は困難であることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、酸化しやすい状態にある希土類系磁石用原料合金の水素粉砕粉の回収方法及び回収装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  回収容器
２  遮断扉
１０  水素吸蔵室
１１  遮断扉
１２  不活性ガス導入手段
１３  真空排気手段
１４  水素導入手段
１５  コンベア手段
２０  加熱室
２１  遮断扉
２２  不活性ガス導入手段
２３  真空排気手段
２４  加熱源
２５  コンベア手段
３０  冷却室
３１  遮断扉
３２  活性ガス導入手段
３３  真空排気手段
３４  冷却手段
３５  コンベア手段
４０  回収室
４１  遮断扉
４２  不活性ガス導入手段
４３  真空排気手段
４４  反転手段
４５  コンベア手段
５０  処理容器
６０  加熱手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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