(57)【要約】【課題】希土類磁石材料からなる溶湯を回転ロールに提供し、急冷し、噴射された急冷リボンを回収する急冷リボンの製造装置と製造方法に関し、噴射された急冷リボンが流通する流路の詰まりが解消され、良質な結晶組成の急冷リボンのみを効率的に回収することのできる希土類磁石用の急冷リボンの製造装置と製造方法を提供する。【解決手段】希土類磁石用の急冷リボンを製造する急冷リボンの製造装置１０であって、希土類磁石材料からなる溶湯Ｙが収容される炉１と、炉１から提供された溶湯Ｙを急冷する回転ロール２と、回転ロール２にて溶湯Ｙが急冷されて形成され、噴射された急冷リボンが流通する流路３と、流路３の途中に位置して急冷リボンが衝突する衝突部４と、衝突部４で衝突して落下した結晶組成の急冷リボンＲｃを回収する回収部５を備え、流路３に備えてある磁気吸引具６にてアモルファス組成の急冷リボンＲａが吸引されるようになっている。【選択図】図１
2015071817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類磁石用の急冷リボンを製造する急冷リボンの製造装置であって、
希土類磁石材料からなる溶湯が収容される炉と、
炉から提供された溶湯を急冷する回転ロールと、
回転ロールにて溶湯が急冷されて形成され、噴射された急冷リボンが流通する流路と、
流路の途中に位置して急冷リボンが衝突する衝突部と、
衝突部で衝突して落下した急冷リボンを回収する回収部と、を備え、
前記流路には磁気吸引具が備えてあり、該磁気吸引具にてアモルファス組成の急冷リボンが吸引されるようになっている希土類磁石用の急冷リボンの製造装置。
【請求項２】
磁気吸引具が流路に対して着脱自在となっている請求項１に記載の希土類磁石用の急冷リボンの製造装置。
【請求項３】
希土類磁石用の急冷リボンを製造する急冷リボンの製造方法であって、
希土類磁石材料からなる溶湯が収容される炉から回転ロールに溶湯を提供し、溶湯を急冷して急冷リボンを形成しながら噴射させる第１のステップ、
噴射した急冷リボンを流路に通過させ、この過程でアモルファス組成の急冷リボンを磁気吸引し、結晶質の急冷リボンを回収する第２のステップからなる希土類磁石用の急冷リボンの製造方法。
【請求項４】
流路の途中で磁気吸引されたアモルファス組成の急冷リボンを磁気吸引から解放し、アモルファス組成の急冷リボンを流路から取り除く第３のステップをさらに有する請求項３に記載の希土類磁石用の急冷リボンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類磁石用の急冷リボンの製造装置と製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ランタノイド等の希土類元素を用いた希土類磁石は永久磁石とも称され、その用途は、ハードディスクやMRIを構成するモータのほか、ハイブリッド車や電気自動車等の駆動用モータなどに用いられている。
【０００３】
この希土類磁石の磁石性能の指標として残留磁化（残留磁束密度）と保磁力を挙げることができるが、モータの小型化や高電流密度化による発熱量の増大に対し、使用される希土類磁石にも耐熱性に対する要求は一層高まっており、高温使用下で磁石の保磁力を如何に保持できるかが当該技術分野での重要な研究課題の一つとなっている。車両駆動用モータに多用される希土類磁石の一つであるNd-Fe-B系磁石を取り挙げると、結晶粒の微細化を図ることやNd量の多い組成合金を用いること、保磁力性能の高いDy、Tbといった重希土類元素を添加することなどによってその保磁力を増大させる試みがおこなわれている。
【０００４】
希土類磁石としては、組織を構成する結晶粒（主相）のスケールが3〜5μm程度の一般的な焼結磁石のほか、結晶粒を50nm〜300nm程度のナノスケールに微細化したナノ結晶磁石があるが、中でも、上記する結晶粒の微細化を図りながら高価な重希土類元素の添加量を低減すること（フリー化）のできるナノ結晶磁石が現在注目されている。
【０００５】
希土類磁石の製造方法を概説すると、たとえば希土類磁石材料の溶湯（Nd-Fe-B系の金属溶湯）を炉内で形成し、炉から溶湯を急冷する回転ロールに提供し、急冷凝固して急冷リボン（急冷薄帯）を製造し、急冷リボンを所望の大きさに裁断して磁石用の粉末とし、この粉末を加圧成形しながら焼結して焼結体を製造する。ナノ結晶磁石の場合には、この焼結体にさらに磁気的異方性を付与するための熱間塑性加工を施して成形体を製造する。この成形体に対し、保磁力性能の高い重希土類元素を種々の方法で付与することで保磁力性能の高められた希土類磁石を製造することができる。
【０００６】
ところで、溶湯を回転ロールにて急冷して急冷リボンを製造するに当たり、溶湯の飛散を可及的に低減することで粗悪なアモルファス組成の急冷リボンが生成されるのを抑制しているものの、急激に溶湯を冷却して急冷リボンを製造する方法であるがゆえに、良質な結晶組成（結晶質）の急冷リボンのほかに粗悪なアモルファス組成の急冷リボンが少なからず生成されることは避けられない。
【０００７】
溶湯が回転ロールにて急冷されてできた急冷リボンは、回転姿勢の回転ロールにおいて溶湯が滴下された点の接線方向に噴射され、噴射姿勢の急冷リボンは流路を有するシュートの途中で衝突し、落下して回収されることになる。この流路を通過する急冷リボンは、結晶質の急冷リボンと針状のアモルファス組成の急冷リボンが混じりあった状態となっているが、中でも針状で絡みやすいアモルファス組成の急冷リボンは流路（シュート）の詰まりの原因となる。たとえば結晶組成の急冷リボンがシュートの途中で衝突した際にはこの急冷リボンは衝突の衝撃で割れるが、アモルファス組成の急冷リボンは針状ゆえに割れ難く、これがシュートを詰まらせる要因となっている。さらに、回収された急冷リボンはアモルファス組成の急冷リボンを含むことから製品品質の低下の原因となる。
【０００８】
ここで、特許文献１には、磁性紛体から磁性粒子を磁化率に応じて選別する方法が開示されており、具体的には、スリーブの内面に円筒状磁石を設け、表面側に磁性紛体を載せ、各磁性粒子の磁化率の違いをリアクトル利用して磁気選別をおこなうものである。
【０００９】
特許文献１の方法によれば、最終的に回収された急冷リボンからアモルファス組成の急冷リボンを取り除くことは可能である。しかしながら、実際には、針状のアモルファス組成の急冷リボンが結晶組成の急冷リボンと絡み合った状態で堆積していることから、これらを分別するにはこの絡み合いをほぐす作業が必要であり、結晶組成の急冷リボンのみを回収するには時間と手間を要することになる。したがって、特許文献１の方法によっても、結晶質の急冷リボンと針状のアモルファス組成の急冷リボンが混じりあった状態の急冷リボンが流路（シュート）を通過する際に、アモルファス組成の急冷リボンによって流路が詰まってしまうといった課題、および、結晶組成の急冷リボンのみを効率的に回収するといった課題を解消することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−１５４６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、希土類磁石材料からなる溶湯を回転ロールに提供し、急冷し、噴射された急冷リボンを回収する急冷リボンの製造装置と製造方法に関し、噴射された急冷リボンが流通する流路の詰まりが解消され、良質な結晶組成の急冷リボンのみを効率的に回収することのできる希土類磁石用の急冷リボンの製造装置と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】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明による希土類磁石用の急冷リボンの製造装置は、希土類磁石材料からなる溶湯が収容される炉と、炉から提供された溶湯を急冷する回転ロールと、回転ロールにて溶湯が急冷されて形成され、噴射された急冷リボンが流通する流路と、流路の途中に位置して急冷リボンが衝突する衝突部と、衝突部で衝突して落下した急冷リボンを回収する回収部と、を備え、前記流路には磁気吸引具が備えてあり、該磁気吸引具にてアモルファス組成の急冷リボンが吸引されるようになっているものである。
【００１３】
本発明の製造装置は、回転ロールから噴射された急冷リボン（結晶組成の急冷リボンとアモルファス組成の急冷リボンの混合材）の中から、急冷リボンが通過する流路の途中に設けられた磁気吸引具にてアモルファス組成の急冷リボンのみを吸引し、結晶組成の急冷リボンを通過させて衝突部に衝突させ、回収部に落下させて回収することにより、アモルファス組成の急冷リボンによる流路の詰まりを解消しながら、良質な結晶組成の急冷リボンのみを回収することのできる装置である。
【００１４】
たとえば回転ロールの側方に配設されており、たとえば炉から回転ロールの頂部に提供された溶湯はこの頂部で急冷されて急冷リボンを形成し、形成された急冷リボンは接線方向に噴射される。この急冷リボンの噴射方向に流路（シュート）が配設されており、流路を噴射された急冷リボンが通過する過程で流路の途中に配設されている磁気吸引具にて急冷リボンのうちのアモルファス組成の急冷リボンのみが吸引される。
【００１５】
結晶組成（結晶質）の急冷リボンに比してアモルファス組成の急冷リボンは弱磁石でも吸引される性質を利用し、回収ボックス等からなる回収部よりも噴射姿勢の急冷リボンの噴射上流側に位置する流路の途中において磁気吸引具を配し、アモルファス組成の急冷リボンのみを吸引するようにしたものである。
【００１６】
ここで、磁気吸引具としては磁石のほか、磁場を形成できるコイルと電流からなる機器などを挙げることができる。
【００１７】
本発明の製造装置は、回転ロールから噴射された急冷リボンが流通する流路の途中位置に磁気吸引具を配設した簡易な構造により、噴射途中の急冷リボンからアモルファス組成の急冷リボンのみを効果的に回収することが可能となり、アモルファス組成の急冷リボンによる流路の詰まりを解消しながら、良質な結晶組成の急冷リボンのみを回収することが可能となる。
【００１８】
また、前記磁気吸引具は流路に対して着脱自在となっているのが好ましい。
【００１９】
磁気吸引具にてアモルファス組成の急冷リボンが吸引された状態で、回収部に結晶組成の急冷リボンが収容されたら、回収部を流路から取り外して結晶組成の急冷リボンの回収をおこない、さらに、流路から磁気吸引具を取り外すことで磁気吸引されていたアモルファス組成の急冷リボンを磁気吸引状態から解放し、流路内に無拘束状態で堆積させる。
【００２０】
この状態で流路の一方の端部開口からエア等を提供することにより、流路の他方の端部開口からアモルファス組成の急冷リボンを回収し、流路からアモルファス組成の急冷リボンを取り除くことができる。
【００２１】
また、本発明は希土類磁石用の急冷リボンを製造する急冷リボンの製造方法にも及ぶものであり、この製造方法は、希土類磁石材料からなる溶湯が収容される炉から回転ロールに溶湯を提供し、溶湯を急冷して急冷リボンを形成しながら噴射させる第１のステップ、噴射した急冷リボンを流路に通過させ、この過程でアモルファス組成の急冷リボンを磁気吸引し、結晶質の急冷リボンを回収する第２のステップからなるものである。
【００２２】
本発明の製造方法によれば、既述する製造装置と同様に、噴射途中の急冷リボンからアモルファス組成の急冷リボンのみを効果的に回収することが可能となり、このアモルファス組成の急冷リボンによって流路が詰まるといった課題を解消でき、回収部から結晶組成の急冷リボンと絡み合ったアモルファス組成の急冷リボンを時間をかけてほぐし、結晶組成の急冷リボンのみを回収するといった手間を要する回収工程を不要にできる。そのため、品質に優れた結晶組成の急冷リボンの製造および回収に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００２３】
なお、本発明の製造方法の好ましい実施の形態として、流路の途中で磁気吸引されたアモルファス組成の急冷リボンを磁気吸引から解放し、アモルファス組成の急冷リボンを流路から取り除く第３のステップをさらに有する方法を挙げることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上の説明から理解できるように、本発明による希土類磁石用の急冷リボンの製造装置と製造方法によれば、回転ロールから噴射された急冷リボンが流通する流路の途中位置に磁気吸引具を配設した簡易な構造の装置により、あるいは、流路の途中位置に配した磁気吸引具にてアモルファス組成の急冷リボンのみを回収する方法により、アモルファス組成の急冷リボンによる流路の詰まりを解消しながら、良質な結晶組成の急冷リボンを効率的に回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の希土類磁石用の急冷リボンの製造装置を説明するとともに、製造方法の第１、第２のステップを説明した模式図である。
【図２】製造方法の第３のステップを説明した模式図である。
【図３】実験装置の流路と磁石を説明した模式図である。
【図４】磁石による磁場と磁場を急冷リボンが通過する時間の関係に関する実験結果を示した図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）はいずれも、実験における磁場を変化させた際の、試料1(アモルファス：結晶質= 100:0(質量%))の選別結果を示した図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）はいずれも、実験における磁場を変化させた際の、試料2(アモルファス：結晶質= 50:50(質量%))の選別結果を示した図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）はいずれも、実験における磁場を変化させた際の、試料3(アモルファス：結晶質= 0:100(質量%))の選別結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の希土類磁石用の急冷リボンの製造装置と製造方法の実施の形態を説明する。
【００２７】
（希土類磁石用の急冷リボンの製造装置と製造方法の実施の形態）
図１は本発明の希土類磁石用の急冷リボンの製造装置を説明するとともに、製造方法の第１、第２のステップを説明した模式図であり、図２は製造方法の第３のステップを説明した模式図である。
【００２８】
図示する製造装置１０は、高周波コイル１ａを周囲に備えた炉１と、炉１の下方に配設された回転ロール２と、回転ロール２の側方に配設された略Ｌ型の流路３（シュート）と、流路３の隅角箇所に設けられて傾斜した衝突部４と、流路３の下方に着脱自在に載置された回収部５（回収ボックス）とから大略構成されている。
【００２９】
炉１内はたとえば50kPa以下に減圧したArガス雰囲気に制御自在となっており、メルトスピニング法による製造に供されるものであり、合金インゴットを高周波コイル１ａの稼働によって高周波溶解させ、希土類磁石材料からなる溶湯Ｙを銅製の回転ロール２に滴下するようになっている。
【００３０】
ここで、急冷リボンの組成は、RE-Fe-B系の主相（RE:Nd、Prの少なくとも一種）と、該主相の周りにあるRE-X合金（X:金属元素であって重希土類元素を含まない）からなり、たとえばこれがナノ結晶組織の場合には、50nm〜200nm程度の結晶粒径の主相からなる。
【００３１】
また、粒界相を構成するNd-X合金は、Ndと、Co、Fe、Ga、Cu、Al等のうちの少なくとも１種以上の合金からなり、たとえば、Nd-Co、Nd-Fe、Nd-Ga、Nd-Co-Fe、Nd-Co-Fe-Gaのうちのいずれか一種、もしくはこれらの二種以上が混在したものであって、Ndリッチな状態となっている。
【００３２】
回転ロール２の頂点に滴下された溶湯Ｙは、回転姿勢（Ｚ１方向）の回転ロール２に接して急冷され、急冷リボンが形成されるとともに回転ロール２の頂点の接線方向に噴射される（Ｘ１方向であり、製造方法の第１のステップ）。
【００３３】
この急冷リボンの噴射方向には流路３が配設されており、噴射した急冷リボンが流路３の内部を通過するようになっている（Ｘ２方向）。
【００３４】
流路３の周囲には磁気吸引具６として磁石が配設されており、この磁石６は弱磁石であり、結晶質の急冷リボンを吸引しない一方でアモルファス組成の急冷リボンを吸引する磁力を備えている。
【００３５】
回転ロール２に接触してできた急冷リボンは結晶組成の急冷リボンとアモルファス組成の急冷リボンが混在したものであり、この混合材が流路３内を通過することになるが、この通過の過程でアモルファス組成の急冷リボンＲａのみが流路途中に配設された磁石６に吸引され（Ｘ４方向）、結晶組成の急冷リボンＲｃは流路３の隅角に位置する衝突部４で衝突して割れ、その割断片が下方に落下して（Ｘ３方向）回収部５に集積される（製造方法の第２のステップ）。
【００３６】
第１、第２のステップを所定時間継続し、回収部５に所定量の結晶組成の急冷リボンＲｃが回収されたら、回収部５を回収して結晶組成の急冷リボンＲｃを回収し、回収部５を再度元の位置に戻した後、図２に示すように流路３から磁石６を取り外すことにより（Ｚ２方向）、磁石６にて磁気吸引されていたアモルファス組成の急冷リボンＲａを磁気吸引状態から解放し、流路３内に無拘束状態で堆積させる。
【００３７】
この状態で流路３の一方の端部開口からエア等を提供することにより、流路３の他方の端部開口を介して回収部５にアモルファス組成の急冷リボンＲａを収集し、回収することができる。
【００３８】
このように、図示する希土類磁石用の急冷リボンの製造装置１０を適用してなる希土類磁石用の急冷リボンの製造方法によれば、回転ロール２から噴射された急冷リボンが流通する流路３の途中位置に磁気吸引具６を配設した簡易な構造の製造装置１０を適用して流路３の途中位置に配した磁気吸引具６にてアモルファス組成の急冷リボンのみを回収することにより、アモルファス組成の急冷リボンＲａによる流路３の詰まりを解消しながら、良質な結晶組成の急冷リボンＲｃのみを効率的に回収することができる。
【００３９】
なお、製造された希土類磁石用の急冷リボンは、たとえば不図示の成形型（ダイスとパンチから構成される）内に充填されて加圧成形されて焼結体が製造される。そして、これがナノ結晶磁石の場合には、この焼結体に対して熱間塑性加工（強加工）によって磁気的異方性が付与されてナノ結晶組織の希土類磁石が製造される。なお、ナノ結晶磁石の希土類磁石以外にも、製造された希土類磁石用の急冷リボンは、粒径が1μm以上の焼結磁石やボンド磁石などに使用できることは勿論のことである。
【００４０】
[磁場と磁場通過時間の関係を特定した実験とその結果]
本発明者等は、磁場（の大きさ）と急冷リボンが磁場を通過する時間を変化させ、磁場通過時間と磁場の間の相関（好ましい関係式）を特定する実験をおこなった。この実験においては、結晶質（の急冷リボン）、アモルファス（組成の急冷リボン）の含有量を変化させた３種の試料を用いて、特定された相間関係を満たす場合と満たさない場合における結晶質とアモルファスの選別精度を検証することにより、関係式の妥当性を担保することとした。
【００４１】
ここで、アモルファスと結晶質の選別に当たり、VSM(型式7400 Series メーカー Lake Shore)とSEM(型式S-4800 メーカー HITACHI)を適用した。
【００４２】
さらに、VSMとSEMによる分析結果に基づいて、流路を通過させる３種の試料のアモルファスと結晶質の重量割合は、以下の通りとした。
試料1: アモルファス:結晶質 = 100 :  0
試料2: アモルファス:結晶質 =  50 : 50
試料3: アモルファス:結晶質 =   0 :100
【００４３】
ここで、図３は、実験装置のうちの流路と磁石を模式的に示している。同図で示すように、磁場印加幅（流路幅）は20mm、磁場は6mmTと10mmTの２種、急冷リボンの磁場中通過時間はともに1秒として上記３種の試料を通過させ、選別精度を検証した。
【００４４】
まず、磁場と磁場通過時間の関係に関する実験結果を図４に示す。
【００４５】
磁場中を急冷リボンが通過する際に急冷リボンには磁場が印加され、アモルファスは磁石に吸引されるが、この吸引されるアモルファスには、
磁場(mmT)×磁場通過時間(s)＜α
の関係式が必要となる。すなわち、磁場が強すぎたり、通過時間が長すぎる場合は、結晶質の急冷リボンが磁化することが想定されることから、この関係式を満たすことが望ましい。
【００４６】
なお、上記関係式において、αは急冷リボンの材料組成や磁場中の通過速度などによって変化するものである。
【００４７】
ここで、図４に戻り、磁場は6mmT、通過時間が1sの場合は上記関係式のαは6となり、磁場(mmT)×磁場通過時間(s)＜6なる関係式が形成される（図４における曲線）。
【００４８】
そして、この曲線上にプロットされる磁場は6mmT、通過時間が1sの場合の選別結果が図５〜７それぞれの（ａ）図である。
【００４９】
図５ａ、図６ａ、図７ａともに、選別されたアモルファスと結晶質の質量比率は流路通過前の混合割合と同様であり、精度よく選別されていることが分かり、好ましい磁場と通過時間の関係（α=6）であることが分かる。
【００５０】
一方、磁場が10mmT、通過時間が1sの場合の選別結果が図５〜７それぞれの（ｂ）図である。なお、この場合のαは10×1=10となる。
【００５１】
この場合、試料2、3に関して、選別されたアモルファスと結晶質の質量比率は流路通過前の混合割合と大きく相違しており、選別精度が高くないことが分かる。
【００５２】
以上の結果より、α=6が好ましく（したがって、関係式は磁場(mmT)×磁場通過時間(s)＜6）、α=10は好ましくないことより、図４で示す曲線の内側のハッチ領域となるように磁場の大きさと磁場中通過時間を設定することにより、アモルファスと結晶質に関して高い選別精度を期待できることが分かる。
【００５３】
なお、選別された急冷リボンがアモルファスであるか結晶質であるかに関しては、上記するVSM、SEMにて確認している。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５５】
１…炉、１ａ…高周波コイル、２…回転ロール、３…流路（シュート）、４…衝突部、５…回収部（回収ボックス）、６…磁気吸引具（磁石）、１０…製造装置、Ｙ…溶湯（希土類磁石材料からなる溶湯）、Ｒｃ…結晶組成（結晶質）の急冷リボン、Ｒａ…アモルファス組成の急冷リボン
【図１】
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【図２】
2015071817.tif 000004
【図３】
2015071817.tif 000005
【図４】
2015071817.tif 000006
【図５】
2015071817.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015071817.tif 000009