(57)【要約】【課題】  水素化処理後の崩壊合金粉末の冷却時間を短縮して生産性を高めるとともに、作業の手間を省くと同時に安全性を確保し、不活性ガスの使用量が少なく、全体にコンパクトでメンテナンスも容易な水素粉砕処理方法とそのための装置を提供する。【解決手段】  外側にヒーターを備え、内部に大径の外管と中間径の中管と小径の内管からなる三重管式の冷却ユニットを備えた反応容器内に希土類磁石合金を装入し、前記反応容器内に水素ガスを充填し水素化し、次いで外側のヒーターを使用して反応容器内を加熱保持するとともに、発生する水素ガスを排気して脱水素処理を施した後、前記冷却ユニットの外管と中管との環状間隙部を真空排気した状態で内管と中管の間の環状空洞部に冷却媒体を流して、中管の温度を低下させた後、環状間隙部に冷却用ガスを導入し冷却能を高め、反応容器内の前記外管の外側にある崩壊合金粉末を冷却する。【選択図】        図１
2005082891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、希土類焼結磁石用の原料として用いられる希土類磁石合金の水素粉砕処理方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、パーソナルコンピューターおよびその周辺機器を始めとするエレクトロニクス機器の高性能化や小型化に伴い、高性能のＮｄＦｅＢ系焼結磁石の需要が増加している。また、エアーコンディショナーや冷蔵庫等の家電の電力消費量を低減させるために、あるいはハイブリッドタイプ等の電気自動車も含め、より高効率のモーターが求められ、これらの分野でも確実にＮｄＦｅＢ系焼結磁石の需要が増加している。【０００３】  ところで、一般的にＮｄＦｅＢ系焼結磁石には耐熱性の向上あるいは経済性の観点から希土類元素としてＮｄ以外にＤｙやＰｒがＮｄの一部を置換する形で添加されている。また、Ｆｅの一部は多くの場合キュリー点の上昇と耐食性の改善に効果のあるＣｏあるいはその他の遷移金属元素で置換されている。そのため以下ではＮｄの代わりにＲ（希土類元素）を、Ｆｅの代わりにＴ（遷移金属元素）を用いて、磁性相のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ相はＲ２Ｔ１４Ｂ相と表現する。なお、工業的に用いられている合金は、Ｒ２Ｔ１４Ｂ化学量論組成より特にＲが過剰に含有され、合金中には磁性相Ｒ２Ｔ１４Ｂ相とＲを多く含むＲリッチ相が存在する。【０００４】  一般的に、Ｎｄ系焼結磁石をはじめとする希土類焼結磁石は、磁石合金を粉砕して作製した合金微粉末をプレス成形した後、焼結工程および時効工程を経て作製される。磁石合金の粉砕には通常ジェットミル等による最終微粉砕処理を行う前に、合金の水素吸蔵現象を利用した水素粉砕処理方法が併用されている。
希土類磁石合金を水素粉砕処理するには、例えばストリップキャスティング法で鋳造後粗粉砕した原料となる磁石材料薄片を、吸排気可能な容器内に充填し、この容器内において水素を合金に吸蔵させる。合金は水素吸蔵時の体積膨張によるクサビ効果と脆化現象により崩壊し、さらに微細なクラックが発生する。以下では、水素化処理後の合金粉末を崩壊合金粉末と呼ぶ。【０００５】  例えば、Ｒが１０〜３０原子％、Ｂが２〜２８原子、Ｆｅが６５〜８２原子％を主成分とする鋳塊を、所定の大きさのブロツクに破断して金属面を露出させた後、密閉容器に入れて空気を水素で置換し、次に２００トル〜５０ｋｇ／ｃｍ２（２６．７ｋＰａ〜４．９ＭＰａ）の水素ガスを供給し、水素を充分吸蔵させて自然崩壊させ、さらに、得られた合金粉を真空中またはアルゴン中で１００〜５００℃で加熱し、完全に脱水素処理する方法が提案されている（特許文献１参照）。この構成によると、粉末あるいは成形体の酸化を防止でき、酸化の進行に伴う磁気特性の低下を生じない永久磁石合金用の粉末が得られるとされている。【０００６】  ところで、上述したような条件の脱水素処理では、磁性相を取り巻くＲリッチ相は二水素化物として存在し、完全には脱水素されておらず、そのことがかえってＲリッチ相を化学的に安定化させ酸化防止に役立っていることが知られている。
さらにそのような現象を利用した別の水素粉砕方法として、例えば、Ｒ、ＢおよびＴを主成分とする磁石合金の温度を３００〜６００℃の範囲に昇温した後に水素化処理を施し、脱水素処理を施すことなく気流式粉砕機により磁石合金を粉砕し、表面付近に存在するＲが二水素化物となっている合金粒子を含む合金粉末を得る方法が提案されている（特許文献２参照。）。この方法によれば、脱水素処理に要する時間が節約でき、さらに粒径の揃った合金粉末が得られるとされている。【０００７】  なお、水素化処理工程では発熱反応を伴い、さらに高温に加熱して吸蔵水素を放出する必要がある。あるいは前述の別の水素化粉砕処理方法のように高温に加熱してから水素化処理を行う必要があり、高温に加熱した崩壊合金粉末は低温まで冷却しないと大気中では取り扱えない。密封容器内での加熱冷却をなるべく短時間で行って生産効率を高めるために、原料磁石合金を熱伝導率の良い材料で作製した水素粉砕用ケースに少量ずつ収容し、このようなケースを複数個同時に大容積の炉内に収容して、水素化処理／脱水素化を行こなう方法も提案されている（特許文献３参照。）。
この方法によれば、熱伝導率の良い材料で作製した水素粉砕用ケースに少量ずつ収容しているので加熱・冷却効率が良く、短時間で処理できるので生産性が良くなるとされている。【０００８】  さらに、冷却効率を良くしかつ作業を安全に行うとともに粉砕された磁性粉の酸化を防止するために、水素粉砕処理後の前記崩壊合金粉末をケースからあけてロータリークーラーに装入し、連続的に充分に低温度まで冷却する方法も提案されている（特許文献４参照。）。
そして、水素粉砕処理炉から崩壊合金粉末を取り出してロータリークーラーに移す際に合金粉末が酸化されるのを防止するため、水素処理炉の取り出し口に密閉された取り出し室を設け、内部を不活性ガスで満たして作業を行う方法も提案されている（特許文献５参照。）。
これらの手段によれば水素炉内での冷却時間を短縮することができ、工程全体の生産効率を高め、作業を安全に行うとともに崩壊合金粉末の酸化を防止することができるとされている。
【特許文献１】  特開昭６０−１１９７０１号公報
【特許文献２】  特開平５−２３４７３０号公報
【特許文献３】  特開２０００−１７８６１２号公報
【特許文献４】  特開２０００−３０３１０７号公報
【特許文献５】  特開２００２−３３９００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  希土類磁石合金を水素粉砕処理するにあたって最大の課題は、水素化処理後の崩壊合金粉末の冷却時間を短縮して生産性を高めることである。脱水素工程では例えば５００℃程度に加熱し、これを次工程で取り扱えるように室温まで冷却するまでには、従来の方法では早くても５時間以上を要しており、処理量が多くなるほど長時間要している。
特許文献４及び特許文献５に開示された方法では、冷却工程を効率化するため冷却した不活性ガスを被処理合金材料を充填した冷却室内に流し込む方法を採用しているが、風量や風速を上げると崩壊合金粉末の特に微粉が舞い上がり易く、組成ずれの原因となる難点がある。【００１０】  また、被処理材料をケースに入れたり別の装置に移したりといった作業の繁雑さや、もともと可燃性の水素ガスを用いる装置である上に、化学的に活性な希土類元素を多く含む発火し易い金属微粉末を扱う作業であるため危険を伴い、安全性を確保するのが困難である。
本発明の目的は、これらの課題を解決し、水素化処理後の崩壊合金粉末の冷却時間を大幅に短縮し生産性を高めるとともに、作業の手間を省くと同時に安全性を確保し、不活性ガスの使用量が少なく、全体にコンパクトでメンテナンスも容易な、希土類磁石合金の水素粉砕処理方法とそのための装置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】
【００１１】  上記課題を解決するため、本発明の希土類磁石合金の水素粉砕処理方法の一つは、外側にヒーターを備え、内部に大径の外管と中間径の中管と小径の内管からなる三重管式の冷却ユニットを備えた水素粉砕処理用の反応容器内に希土類磁石合金を装入し、前記反応容器内に水素ガスを充填して１００ｋＰａ〜１ＭＰａに保持して水素化し、次いで外側のヒーターを使用して反応容器内を３００℃〜６００℃に加熱保持するとともに、発生するガスを排気して脱水素処理を施した後、前記冷却ユニットの外管と中管との環状間隙部を真空排気した状態で、内管の内部と内管と中管の間の環状空洞部で構成される経路に冷却媒体を流し、中管の管壁温度を低下させた後に外管と中管との環状間隙部に冷却促進ガスを導入し冷却能を高め、反応容器内の前記外管の外側にある崩壊合金粉末を冷却する水素粉砕処理方法を採用した。【００１２】  他の方法は、外側にヒーターを備え、内部に大径の外管と中間径の中管と小径の内管からなる三重管式の冷却ユニットを備えた水素粉砕処理用の反応容器内に希土類磁石合金を装入し、真空排気後、外側のヒーターを使用して反応容器内を３００℃〜６００℃に加熱保持した後、前記反応容器内に水素ガスを充填し１００ｋＰａ〜１ＭＰａに保持して水素化し、その後真空排気して脱水素処理を施した後、前記冷却ユニットの外管と中管との環状間隙部を真空排気した状態で内管と中管の間の環状空洞部で構成される経路に冷却媒体を流し、引き続き外管と中管の間の環状間隙部に冷却促進ガスを導入することにより反応容器内の前記外管の外側にある崩壊合金粉末を冷却する方法とした。【００１３】  このような方法を採用することにより、反応容器内に被処理材料となる希土類磁石合金を一度装入するだけで、水素化処理、脱水素化処理さらにそれに引き続く崩壊合金粉末の冷却工程を、連続して一つの装置内で行うことができるので、作業が簡単でしかも安全に処理することが可能となる。その上崩壊合金粉末が冷却ユニットの周囲に密着して存在し、伝熱面積が大きいのに加えて、外部からの冷却媒体を使用して間接的に強制冷却するので冷却時間が大幅に短縮され、水素粉砕処理の生産効率を大幅に向上させることができる。しかも粉末の飛散も起こらないので組成変動の心配もない。【００１４】  さらに、水素化、脱水素化及び冷却工程まで含めて全ての反応を１室のみで行うバッチ式の装置であるにもかかわらず、原料合金の装入、水素粉砕処理後の崩壊合金粉末の排出を不活性雰囲気を保ったまま実施することも可能である。そのため、崩壊合金粉末の酸素濃度の低減も可能となり、最終製品である焼結磁石の特性向上にも役立つ。【００１５】  本発明の水素粉砕処理方法においては、前記冷却促進ガスとしてヘリウムを用い、冷却媒体として空気、水を噴霧した空気および水を用いることができる。
あるいは、前記冷却促進ガスとしてヘリウムを用い、冷却媒体として空気及び水を用いることもできる。
このように、冷却媒体として、最初に空気を用いた後に水を噴霧した空気、次いで水を用いるといった順番に、あるいは最初に空気を用いた後、次いで水を用いるといった順番に、特に冷却ユニットを構成する中管の温度に応じて、段階的に冷却能の大きな冷却媒体を用いる。それにより、冷却管に熱衝撃を与えず、熱疲労、熱変形さらには腐食による損傷を起こすことがなくなり、装置の耐久性を高めた方法とすることができる。
冷却促進ガスとしては、ヘリウムを用いれば熱伝達能が高いので崩壊合金粉末の冷却を急速に進行させることが可能となる。【００１６】  本発明で対象とする希土類磁石合金は、希土類元素Ｒとしてネオジム（Ｎｄ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）およびテルビウム（Ｔｂ）を、遷移金属Ｔとして、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）および銅（Ｃｕ）を、さらにホウ素（Ｂ）を主成分とするＲ２Ｔ１４Ｂ系磁石合金が好ましい。Ｒ２Ｔ１４Ｂ系磁石合金は磁気特性に優れ、小型化、高性能化の進むエレクトロニクス機器や高効率のモーター用に需要が多く、生産量が増えているからである。
特にその中でも、ストリップキャスティング法によって鋳造後粗粉砕された薄片であることが好ましい。高性能磁石用のＲ２Ｔ１４Ｂ化学量論組成に近づいた合金でも、αＦｅの生成の無い粉砕性の良好な合金組織を制御したものが得られるからである。【００１７】  あるいは、特開平８−１３０７８号公報または特開２００２−３０１５５４号公報に記載されたように、回転する円筒状鋳型の内面に堆積凝固させる遠心鋳造方法で製造されるＲ２Ｔ１４Ｂ系磁石合金に利用することができる。さらに、これらの合金鋳造法に限定されず、通常の箱形の鋳型に鋳造して得た合金に利用することもできる。【００１８】  また、本発明の水素粉砕処理装置は、外側にヒーターを備え、内部に三重管式の冷却ユニットを具備した反応容器から構成された水素粉砕処理装置であって、前記反応容器は気密式の原料装入口及び製品排出口を備えかつ真空引きおよび水素ガス置換が可能なように構成され、前記冷却ユニットは大径の外管と中間径の中管と小径の内管の三重管からなり、外管の一方の先端は閉じており、かつ中管の一方の先端も外管の内側で閉じており、この外管と中管の間の環状間隙部は真空引きおよびガス置換が可能となるように構成され、前記内管の内部とそれにつながる内管と中管の間の環状空洞部は冷却媒体経路を構成した水素粉砕処理装置とした。【００１９】  このような構成の装置とすれば、反応容器に一度原料を装入すれば水素化、脱水素化、冷却の一連の操作を同一装置内で行うことができるので作業が簡単で安全性も高い。しかも、水素粉砕処理後の崩壊合金粉末と冷却面との接触面積が大きくて、冷却促進ガスを介して崩壊合金粉末を強制的に冷却することができるので、冷却時間を大幅に短縮することができ、生産性を向上させることが可能となる。【００２０】  本発明の水素粉砕処理装置では、前記反応容器が縦型で、前記３重管式冷却ユニットを複数本縦に並べて配置したものとすることができる。
１バッチ当たりの処理能力を増やしても、冷却能力を高く維持することができるからである。【００２１】  さらに、前記冷却ユニットの内管の内側に水抜き用の細径管を挿入して４重管構造とすることもできる。このように、水抜き用の細径管を挿入すれば、縦型構造とした場合でも水抜きが容易となり、脱水素工程における加熱時に冷却管内に残留する水が障害となることが無くなり、冷却媒体として空気ばかりでなく、水を噴霧した空気あるいは水等を自由に選択して冷却能力を高めることが容易になる。【００２２】  本発明の水素粉砕処理装置では、外部ヒーターに加えて、内部に複数の先端を閉じた管を配置し、その中にシースヒーターを組み込むことができる。このような構造とすることにより、外部からの加熱に加えて、内部からも加熱が可能となり、加熱時間の短縮、均一加熱が容易となり、サイクル時間を短縮し生産性を向上することがきる。【００２３】  本発明の水素粉砕処理装置では、前記反応容器が縦型で、反応容器の上部側壁に気密式のゲートバルブを備えた原料装入シュートを有し、反応容器の底部にはストッパーバルブを介して気密式のゲートバルブを備えた製品排出シュートを有するように構成することをができる。
縦型配置とすれば、原料の希土類磁石合金の装入と水素粉砕処理後の崩壊合金粉末の排出が容易で、設備が簡単となり、作業も容易で安全性も確保し易いからである。【００２４】  あるいはまた、前記反応容器が横型で、前記冷却ユニットの３重管が複数本ほぼ水平に並べて配置した水素粉砕処理装置とすることができる。
設備はやや複雑となるものの、全体に高さの低い設備に納めることができ、高さ方向に立地制限のある場合には有効である。
【発明の効果】
【００２５】  このような構成の装置とすれば、反応容器に一度原料を装入すれば水素化、脱水素化、冷却の一連の操作を同一装置内で行うことができるので作業が簡単で安全性も高い。しかも、水素粉砕処理後の崩壊合金粉末と冷却面との接触面積が大きくて、冷却促進ガスを介して崩壊合金粉末を強制的に冷却することができるので、冷却時間を大幅に短縮することができ、生産性を向上させることが可能となる。
本発明の水素粉砕処理方法によれば、生産性を高められるとともに、作業の手間を省くと同時に安全性を確保し、さらに崩壊合金粉末中の酸素濃度を低減し、最終製品である焼結磁石の特性向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】  以下に、具体例を挙げて本発明を詳細に説明する。先ず、本発明の水素粉砕処理装置について説明する。
なお、以下の各図面においては構造を判り易く説明するため、縮尺は必ずしも正確には描かれていない。【００２７】（第１の実施形態）
図１は、本発明の水素粉砕処理装置の第１の実施形態を示す一部破断外観図である。
本発明の水素粉砕処理装置１０は、縦型円筒形の反応容器１の中に３重管式の冷却ユニット２が複数本挿入されており、反応容器１の周囲は分割可能な外部ヒーター３で覆われている。
反応容器１は円筒状で側壁上部に原料装入シュート４が取り付けられ、先端には気密を保持するためのゲートバルブ５が取り付けられている。反応容器１の底部には被処理材料の希土類磁石合金を受け止めるための上下可動可能なストッパー８があり、間歇的に下降して水素粉砕処理後の崩壊合金粉末を製品排出シュート６に排出するようになっている。１７はストッパー８を上下させる駆動バーである。さらに、反応容器１の底部に取り付けられた製品排出シュート６の先端には気密を保持するためのゲートバルブ７が取り付けられている。【００２８】  反応容器１の上部には、冷却ユニット２の外管と中管の間の環状間隙部を真空排気したり冷却促進ガスのヘリウムガスを導入するためのヘッダーノズル１４が設けられている。さらに冷却ユニット２の内管に冷却媒体を導入するためのヘッダーノズル１５、冷却ユニット２の中管から冷却媒体を排出するためのヘッダーノズル１６が取り付けられている。
さらに、やや下がった位置には、水素化工程で反応容器１の内部を真空に排気して水素ガスを導入したり、脱水素工程で水素ガスを排気するための水素吸排気ノズル１８が設けられている。【００２９】  図２に、図１に示した水素粉砕処理装置１０の線Ａ−Ａ’に沿った反応容器１の断面図で三重管式冷却ユニットの配置状況を示す。図２に示した水素粉砕処理装置では、反応容器１内に冷却ユニット２が２６本挿入されている例を示した。反応容器１と冷却ユニット２との間及び各冷却ユニット２の間は、磁石合金が充填される充填空間２０を構成している。反応容器１の断面積及び冷却ユニット２は原料装入シュート４から装入された磁石合金が平均に充填されるように、しかも必要な熱交換面積を確保するように考慮して設計される。多数の冷却ユニット２の周囲に充填された磁石合金は、冷却ユニット２との接触面積が大きいので効率よく、短時間に冷却することができる。【００３０】  図３は、図１に示した水素粉砕処理装置１０の反応容器１の上部を拡大して示す一部破断外観図である。
反応容器１の頂上部１３ａには、冷却ユニット２の内管に冷却媒体を導入するためのヘッダーノズル１５が取り付けられ、複数の内管を統合する内管用のヘッダー１３に接続されている。全ての内管は内管用の管板２６に溶接固定され、中管に差し込まれている。
また、冷却媒体として使用した水を抜き取るためのドレイン抜き細径管３０に分配接続されるノズル１９も取り付けられている。【００３１】  反応容器１の頂上部１３ａはフランジ３１を介して複数の中管を統合し冷却媒体を集め排出するためのヘッダー１２に接続して構成されている。全ての中管は中管用の管板２５に溶接固定され、外管に差し込まれている。
そしてヘッダー１２にはヘッダーノズル１６が取り付けられている。この例では、ヘッダーノズル１６は左右に２本取り付けられていて、ヘッダーノズル１５とバランスのとれた流量を確保できるようになっている。【００３２】  その下部には冷却ユニット２の外管と中管の間の環状間隙部を真空に排気したり、あるいは冷却促進用のヘリウムガスを給排気するためのヘッダーノズル１４が取り付けられており、複数の外管を統合するヘッダー１１に接続されている。全ての外管は外管用の管板２４に溶接固定されており、管板２４の位置でフランジ３２から切り離すことにより、冷却ユニットを反応容器１から取り外し、反応容器１を開放することができるように組み立てられている。【００３３】  外部ヒーターに加えて、内部に複数の先端を閉じた管を配置し、その中にシースヒーターを組み込む場合、シースヒーターに供給する電力は、ヘッダー１１の側胴部にノズル４２を取り付け、そこにハーメチックシールの端子を取り付けて配線する。図３には、ノズル４２は一つのみ示したが、必要に応じて、円周方向に複数個取り付ける
さらに、中管の温度測定用の熱電対のためのハーメチックシールの端子も同様にヘッダー１１の側胴部に設けた図示省略のノズルに取り付ける。
さらに、フランジ３２のやや下部には、水素化工程で反応容器１内に水素ガスを供給し、脱水素工程では反応容器１内から水素ガスを排気するための水素ガス吸排気ノズル１８が取り付けられている。【００３４】  反応容器１の上部側壁には、原料となる磁石合金を装入するための原料装入シュート４が取り付けられている。原料装入シュート４は磁石合金の安息角よりも大きな傾斜角で反応容器１の側壁に接続されていて、磁石合金が反応容器１内の充填空間になるべく均一に装入されるように、適度な長さを持って構成されている。原料装入シュート４の上端にはゲートバルブ５が取り付けてあり、さらにその先端に延長パイプ３５とフランジ３６が取り付けられている。延長パイプ３５には、真空排気や不活性ガス置換のためのノズル３７が取り付けられている。
原料装入シュートは、１箇所に限定されず、２箇所あるいは３箇所に取り付け、それぞれの原料装入シュートから装入原料の約１／２あるいは約１／３を装入することにより、反応容器に、均等に装入することができる。
図示省略の真空排気および不活性ガス置換が可能な原料コンテナーをフランジ３６に接続して原料となる磁石合金を装入する際、ゲートバルブ５を閉じて、延長パイプ３５内に残留している空気を真空排気し不活性ガスに置換することにより、反応容器１の不活性雰囲気を保つことができるようになっている。【００３５】  図４は、図１に示した水素粉砕処理装置１０の反応容器１の下部を拡大して示す一部破断外観図である。
反応容器１の底部１ｂはロート状に絞られており、その先端には駆動バー１７により上下動する磁石合金を受け止めるためのストッパー８があり、間歇的に下降して水素粉砕処理後の崩壊合金粉末を製品排出シュート６に排出するようになっている。さらに、反応容器１の底部に取り付けられた製品排出シュート６の先端には、反応容器１内の気密を保持するためのゲートバル７が取り付けられてあり、さらにその先端に延長パイプ３８とフランジ３９が取り付けられている。延長パイプには、真空排気および不活性ガス置換のためのノズル４０が取り付けられている。水素粉砕処理後の崩壊合金粉末を排出する時には、フランジ３９に図示省略の真空排気および不活性ガス置換可能な製品コンテナーを接続して、延長パイプ３８に残留している空気を真空排気し不活性ガスに置換した後、ゲートバルブ７を開け、さらにストッパー８を下げて崩壊合金粉末を製品コンテナーに収容する。【００３６】  製品排出シュート６の途中には圧力調整用ノズル３４が設けられており、水素化工程で反応容器に水素を導入する時に、同圧になるように該圧力調整用ノズル３４から水素ガスを導入し、ストッパー８と反応容器の下部開口部との隙間から内圧で粉末が吹き出すのを防止する。
各冷却ユニット２の長さは、反応容器１の底部１ｂのロート状の形状に従って中心部ほど長くなっていて、熱交換面積を多く取れるように構成されている。３３は製品排出シュートを反応容器１に取り付けるためのフランジである。
なお、ストッパー８の中心軸は先端が閉じたパイプ状になっており、かつ先端は反応容器の内部まで届くように構成されており、内部に熱電対が差し込まれ、反応容器内の温度を測定できるように造られている。【００３７】  次に、本発明の水素粉砕処理装置の主要部品である冷却ユニットについて詳細に説明する。
図５は冷却ユニット２の機能と構造を説明するための断面図である。また、図６は、図５に示す冷却ユニット２の線Ｂ−Ｂ’に沿った断面図である。
図５、図６に示すように冷却ユニット２は大径の外管２１と中間径の中管２２と小径の内管２３の３重管で構成されている。外管２１、中管２２及び内管２３は図６に示すように中心を一つにして同心円状に配置されている。
そして、外管２１の一方の先端は閉じており、外管２１の他端はヘッダー１１の管板２４に溶接固定されている。さらに、ヘッダー１１にはヘッダーノズル１４が取り付けられている。【００３８】  外管２１と中管２２の間の環状間隙部２８は、真空排気及び冷却促進ガスが導入される部分であり、ヘッダー１１及びヘッダーノズル１４を介して図示省略の排気ポンプ及び冷却促進ガス供給装置に接続されている。
中管２２の一方の先端は外管２１の内側で閉じており、他端はヘッダー１２の管板２５に溶接固定されている。さらに、ヘッダー１２にはヘッダーノズル１６が取り付けられており、さらに図示省略の冷却媒体の循環装置あるいは導入排出装置に繋がっている。
内管２３の一方の先端は中管２２の内側で開放されており、他端はヘッダー１３の管板２６に溶接固定されている。さらにヘッダー１３にはヘッダーノズル１５が取り付けられており、さらに図示省略の冷却媒体の循環装置あるいは導入排出装置に繋がっている。【００３９】  内管２３の内側２９ａと中管２２と内管２３の間の環状空洞部２９ｂとは、中管２２の下部で繋がっており、冷却媒体通路２９を形成している。たとえば内管２３の内側２９ａから環状空洞部２９ｂを通して冷却媒体を流し、中管２２を介して中管２２の外側の環状間隙部２８に充填された冷却促進ガスを冷やし、さらに間接的に外管２１の外側の崩壊合金粉末を冷却するように構成されている。
勿論冷却媒体は逆方向、すなわち  ヘッダーノズル１６から注入して環状空洞部２９ｂを通して内管２３の内側２９ａ方向に流しても良い。【００４０】  外管２１、中管２２および内管２３はそれぞれ外管用管板２４、中管用管板２５および内管用管板２６に溶接固定されている。それぞれの管板２４、２５、２６を囲む側板２７ａ、２７ｂ、２７ｃと管板２４、２５、２６との接合も含めて全て溶接で接合してあり、ヘッダー１１、１２、１３を構成して気密性を保てるように製作してある。
図５では機能を説明するため冷却ユニット１本についてその構成を説明したが、実際には図１や図２に示したように各ヘッダー１１、１２、１３には複数の３重管が統合して接続されている。【００４１】  ここで、本発明装置で使用する冷却促進ガスとしては、伝熱能の高いヘリウムガスが好ましく、冷却媒体としては空気、水を噴霧した空気、水が使用でき、冷却管特に中管の温度に応じてかつ冷却能を勘案して使い分けることができる。
すなわち、冷却ユニットを構成する中管の温度が例えば３００℃以下になるまで、冷却媒体として空気を用いる。その際、反応容器内は真空排気状態とし、冷却ユニットの外管と中管の間の環状間隙部も真空排気することにより、反応容器内の崩壊合金粉末からの入熱を小さく抑えることができ、空気のような熱容量の小さな冷却媒体を用いた場合でも、比較的短時間で中管の温度を３００℃以下に下げるのが容易となる。【００４２】  そして、中管の温度が３００℃以下になった時点で、水を噴霧した空気に切り替えて冷却する。さらに、例えば約８０℃以下になった時点で水に切り替えて冷却する。その後、反応容器内にヘリウムあるいはアルゴンガスを導入し、さらに冷却ユニットの外管と中管との間の環状間隙部にもヘリウムガスを導入することにより、冷却速度を速めることができる。
このように適宜冷却媒体を切り替えて使い分けることにより、冷却管の応力腐食割れや、水の沸騰現象による機械的な損傷、あるいは急激な熱応力の発生による熱疲労等によるトラブルの発生を防ぐことができる。
なお、冷却媒体として、空気と水のみを用いる場合、空気で中管の温度が１００℃以下になるまで冷却し、その後水に切り替えるのが望ましい。【００４３】  これらの冷却媒体は特に水を用いる場合は反応室外で冷却して循環させて使用するのが好ましい。一方、冷却媒体として空気、水を噴霧した空気を用いる場合は大気中に放出するのが経済的である。
本発明の水素粉砕処理装置では、外管２１は高温に曝されるものの外管２１は熱応力に対して最も強い管状であり、熱膨張が最も大きな長手方向についても、先端は自由であり、熱応力はかからない構造となっている。そのため、加熱冷却の繰り返しの熱負荷に対しても十分耐久性は保証される。【００４４】  中管の温度は、中管と外管の環状間隙部に差し込んだ熱電対を用いて測定する。熱電対の先端の測定端子部分は中管の外径表面に当てて、例えばステンレス製細径ワイヤ等で固定するのが望ましい。実際にはこのような測定方法による温度は中管より高温の外管の影響を受け、内管の実際の温度より高めの温度が測定される。それでも、冷却媒体を切り替える際には、より安全側の測定結果となり、実用上は問題ない。【００４５】（第２の実施形態）
図７は、本発明の水素粉砕処理装置の第２の実施形態における反応容器本体を示す一部破断外観図である。反応容器１が横置きに配置されて冷却ユニット２がほぼ水平に配置されているが、装置の基本構成は先の第１の実施形態の場合と同じである。本実施形態の水素粉砕処理装置５０では、原料装入と製品排出を兼ねる装入・排出シュート５５が反応容器１の胴体上部に取り付けられている。なお、図７ではヘッダーノズル類は記載を省略してある。【００４６】  本実施形態の水素粉砕処理装置５０は、図７に示すように回転傾倒装置５１に搭載して使用する。すなわち、反応容器１の胴体にはギヤ５３が取り付けられ、それに噛み合うウオームギアを用いた回転駆動機構５４により、反応容器１の中心軸の周りに１８０度回転可能に構成されている。回転により装入・排出シュート５５が反応容器１の側面上方にきたり、あるいは側面の下方にきたりするように構成されている。
さらに、傾倒支持軸５２を支点として、傾倒可能に構成されている。【００４７】  このように構成することにより、原料装入時は、図８に示すように外部ヒーターを取り外した状態で、反応容器１を傾倒支持軸５２を支点として紙面上で時計回りに傾倒させ、装入・排出シュート５５をほぼ上向きの状態にする。次に、原料となる磁石合金を入れた原料コンテナーを接続し、反応容器に移し替える。水素粉砕処理工程中は図７の水平姿勢で操業するが、水素粉砕処理終了後崩壊合金粉末を排出する際には、図９に示すように回転機構により反応容器の中心軸周りに反応容器１を１８０度回転させて、さらに傾倒支持軸５２を支点として紙面上で時計と反対方向に傾倒させ、装入・排出シュート５５を下向きとする。次に、製品コンテナーを接続し、崩壊合金粉末を排出する。【００４８】  本実施形態では第１の実施形態に比較して新たに回転傾倒装置５１を必要とし、反応容器１の回転に伴って排気・ガス供給系統を繋ぎ替える必要があるが、原料装入シュートと排出シュートが兼用で一つで済むことおよび装置全体を低い位置で安定して設置することができる利点がある。【００４９】  次に、図１に示す本発明の水素粉砕処理装置１０を使用して希土類磁石合金を水素粉砕する方法について説明する。
（原料）
本発明で使用する希土類磁石合金は、希土類元素（Ｒ）を含むＲ２Ｔ１４Ｂ系希土類系磁石合金を、いわゆるストリップキャスティング法で鋳造し、管理された冷却速度で組織制御されたものが好んで用いられる。
原料となる磁石合金は、溶解後ストリップキャスティング法により平均厚さ０．２〜０．４ｍｍ程度の薄片に急冷凝固させ、その後制御された冷却速度で常温まで冷却してＲリッチ相の形態を制御し、さらに粗粉砕して１辺が３０ｍｍ程度以下の薄片としたものである。
磁石合金は図示省略の真空排気不活性ガス置換可能なコンテナー中に収容されて本発明の水素粉砕処理装置１０まで運ばれ、投原シュート４の先端のゲートバルブの上部に設けたフランジ３５で接続し、さらにコンテナとフランジ３５間の空気を排気し不活性ガスに置換後、それぞれのバルブを開けた後に、反応容器１内に装入される。【００５０】  （水素化工程）
磁石合金を装入して投原シュート４のゲートバルブ５を閉じて反応容器１内を気密に保持した後、水素吸排気ノズル１８を通じて反応容器１内を排気して水素ガスを送り込む。反応容器１内を水素１００ｋＰａ〜１ＭＰａに保ち、１時間〜３時間保持する。水素は磁石合金に徐々に吸蔵される。この時水素吸蔵による発熱反応により反応容器１内は１００℃〜３００℃程度まで温度が上昇する。【００５１】  水素の吸蔵量は温度の上昇とともに減少する傾向があり、温度が高すぎると、水素粉砕効果が減少することになる。そのため、例えば、水素吸蔵量の減少を防ぐため、水素粉砕処理装置１０の外管用ヘッダーノズル１４を使用して冷却ユニット２の環状間隙部２８を真空排気し、さらに冷却促進ガスを必要に応じて例えば１気圧程度充填し、冷却ユニットに空気を通流し冷却することもできる。しかし、その場合においても冷却し過ぎるとかえって吸蔵反応が遅くなるので、１００℃未満にならないように制御するのが望ましい。【００５２】  冷却促進ガスとしてはヘリウムが最適なガスとして採用できる。ヘリウムガスを使用するのは、ヘリウムは熱伝導率が大きく、真空排気状態や他のガスと比べても冷却能を大きくすることが可能となり、さらに外管２１と中管２２の間の環状間隙部２８に導入するヘリウムガスの圧力を変えることにより、冷却能を調整することも容易となるからである。かつ、ヘリウムは不活性ガスであり、もし外管が破損したりして漏れて化学的に極めて活性な高温の希土類磁石合金と接しても安全上の問題も無いからである。【００５３】  冷却媒体としての空気は、冷却ユニット２の内管２３の内側２９ａと内管２３と中管２２の間の環状空洞部２９ｂで形成される冷却媒体通路２９に、内管用ヘッダーノズル１５を通して流入させ、中管用ヘッダーノズル１６を通して空気を排出して中管２２を介して前記冷却促進ガスであるヘリウムガスを冷却し、さらに外管の外の被処理材である合金を冷却する。水素化工程における温度上昇の抑制には、空気流量を調整することにより十分対応することができる。【００５４】  なお、水素化工程において、空気を冷却媒体として通流することにより、前のバッチで残留していた冷却管内に残留していた水分を十分に乾燥除去することが可能となる。残留水分は、次の加熱脱水素化工程において昇温と均一加熱の障害になるため、水素化工程で空気を冷却ユニットに通流することは、水素化による過昇温を抑制すると同時にこのような水分を十分乾燥除去するメリットも併せ持つ。【００５５】  （脱水素工程）
次の脱水素工程では、水素吸排気ノズル１８を通じて反応容器１内の水素を排気する。さらに、図示省略の排気ポンプを稼動し反応容器内の圧力を減じる。次いで、外部ヒーター３を使用して反応容器１内を加熱して、反応容器１内の温度を３００℃〜６００℃、好ましくは４００℃〜６００℃さらに好ましくは４５０℃〜５５０℃に保持する。合金中の水素は、真空排気と加熱により放出されて、主にＲリッチ相にのみ残留し、Ｒリッチ相は二水素化物の状態になる。【００５６】  あるいは、別の脱水素処理方法として、まず、水素化処理の圧力が大気圧以上の場合、ほぼ大気圧になるまで排気する。その後、加熱を開始し、加熱とともに合金から水素が放出され、また温度上昇にともない体積膨張するため、さらに排気を続け大気圧ないし大気圧＋αを保つようにする。その後、所定の加熱温度に達した後に、図示省略の排気ポンプを稼動して合金から放出された水素の排気を続ける。加熱温度は、前述の脱水素処理の場合と同様に、３００℃〜６００℃、好ましくは４００℃〜６００℃さらに好ましくは４５０℃〜５５０℃に保持する。
このような脱水素処理方法の方が、熱伝導度の良好な水素ガスが反応容器内に残留している状態で加熱するため、より短時間で、反応容器の中心部まで加熱しやすくなる利点がある。【００５７】  脱水素のための加熱は外部ヒーターに加えて、反応容器の内部に設置した先端が閉じた複数のパイプの中に差し込んだシースヒーターに通電することにより、さらに効率良く加熱することができる。【００５８】  なお、水素化工程では、冷却ユニットの外管と中管の間の環状間隙部は真空排気し冷却媒体の通流は停止してそのままの状態を維持して反応容器１内の温度を保つようにする。
脱水素工程は１時間以上継続し、反応容器１内の圧力が下がって水素の発生が納まったことが確認できるまで継続する。水素化脱水素化後の磁石合金は崩壊し、さらに微細なクラックが多数内在している状態になる。
なお、脱水素工程で発生する水素ガスは高純度なので、他の水素粉砕処理装置で利用したり、別用途で再利用することが望ましい。【００５９】  なお、水素化工程の別の方法として、合金を反応容器内に装入して、３００℃〜６００℃に加熱後、水素を導入することもできる。このような方法では、水素はＲリッチ相にのみ吸収され、しかも化学的に安定な二水素化物を生成するため、次の脱水素化処理はそのまま真空排気するだけでしかも短時間で済む利点がある。【００６０】  （冷却工程）
脱水素工程終了後、高温の崩壊合金粉末を室温近くまで冷却する。
まず、反応容器内は真空に排気した状態で、かつ冷却ユニット２の環状間隙部２８も真空排気した状態で、冷却ユニット２の内管２３の内側２９ａと内管２３と中管２２の間の環状空洞部２９ｂで構成される冷却媒体通路２９に、内管用ヘッダーノズル１５を通して冷却媒体を流入し、中管用ヘッダーノズル１６を通して冷却媒体を排出する。【００６１】  冷却媒体としては、空気、水を噴霧した空気および水、あるいは空気と水を使用できる。
冷却ユニット２の中管の温度が３００℃以上では、空気を使用するのが好ましい。中管の温度が３００℃〜８０℃では、水を噴霧した空気を使用するのが好ましい。さらに、８０℃程度まで冷却された後は、冷却能の大きな水冷却により熱交換を促進させるのが好ましい。【００６２】  反応容器内は真空排気状態であり、冷却ユニット２の環状間隙部２８も真空排気した状態であるため、加熱された崩壊合金粉末からの熱の流入は抑えられており、冷却能が小さな空気でも３００℃以下まで、さらに水を噴霧した空気を冷却媒体として用いた場合でも８０℃以下まで、比較的短時間で下げることが可能となる。【００６３】  さらに、冷却媒体を水に切り替えた後、熱交換を促進させるため、冷却ユニット２の環状間隙部２８にヘリウムガスを充填する。必要に応じてヘリウムガスは加圧充填して１００ｋＰａ〜５００ｋＰａの圧力に保持する。同時に、反応容器内にも不活性ガスを充填する。不活性ガスとしては、アルゴンガスを用いることができる。あるいは、環状間隙部に導入するガスと同様、熱伝導の良いヘリウムガスが最も好ましいガスとして選択される。反応容器１内の空間容積は小さいので、ヘリウムガスを使用してもコスト高には至らない。【００６４】  本発明の方法では、被処理材の崩壊合金粉末と冷却面である外管２１との接触面積が大きく、しかも熱伝導率の良いヘリウムガスを介してしかも最終的には冷却能の大きな水を用いて強制的に冷却するので、従来の方法に比較して極めて短時間で常温近くまで冷却することが可能となる。ちなみに、容量３００ｋｇ程度の装置では所要時間約３時間程度で冷却することが可能である。【００６５】  （製品排出）
水素粉砕処理後の崩壊合金粉末が常温近傍まで冷却されたならば、製品排出シュート６を通して崩壊合金粉末を図示省略の密閉式製品コンテナーに移し替える。崩壊合金粉末は極めて活性が高く、空気中で酸化して自然発火し易いので雰囲気を不活性に保って慎重に作業することが必要である。
まず、製品排出シュート６の下部のゲートバルブ７の先に取り付けたフランジ３９に図示省略の密閉式製品回収コンテナーを接続した後、ゲートバルブ７と製品回収コンテナ間の空気を排気し不活性ガス雰囲気に置換する。
次いで、ゲートバルブ７を開放して、さらに駆動バー１７を操作して反応容器１底部のストッパー８を開放する。崩壊合金粉末はストッパー８、製品排出シュート６を通って製品コンテナーに移される。この時、反応容器１上部の水素吸排気ノズル１８を通じて少量の不活性ガスを注入し、反応容器上部から崩壊合金粉末を押し下げると良い。
崩壊合金粉末の排出が終わったならば、ゲートバルブ７を閉じ、製品コンテナーも密封して両者を切り離す。
製品コンテナー内の崩壊合金粉末は次工程に送られ、粗粉砕工程を経て、次いで粉砕ジェットミル等の微粉砕装置を使用して１０μｍ以下の微粉末に粉砕され、希土類焼結磁石の原料として用いられる。【００６６】  （後処理）
崩壊合金粉末の排出を終えた水素粉砕処理装置は、冷却媒体経路内に残留した水を排出した後、乾燥空気を吹き込んで中管と内管の内部を乾燥させて次回操業に備える。
冷却媒体経路内に残留した水を除去するには、冷却媒体経路内に高圧空気を吹き込んで除去することができる。さらに、図３に示すように、内管２３の内部に細径管３０を挿入し、実質的に４重管構造として、該細径管の先端を吸引ポンプに接続して吸引除去する方法が効果的である。
本発明の水素粉砕処理装置を使用して、本発明の水素粉砕処理方法によれば、１バッチ３００ｋｇの希土類系磁石合金を１２時間サイクル以内で水素粉砕処理することが可能で、従来の方法に比較して冷却時間が大幅に短縮できるので、高能率に処理することができる。
【実施例】
【００６７】  次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
図５に示すような三重管方式の冷却ユニット２を図２のように２６本配列した、図１に示すような構造の水素粉砕処理装置を作製した。
反応容器１は肉厚９．５ｍｍのＳＵＳ３０４を用いて作製した。外径は６０９．６ｍｍ、高さは直胴部で２，０００ｍｍとし、底部はロート状に絞り、ストッパー８を組み込んで製品排出シュート６を取り付けた。
冷却ユニット２の外管２１は耐熱性の優れたＳＵＨ３１０、中管２２と内管２３は耐食性に優れたＳＵＳ３１６Ｌのシームレス管を用いて作製した。外管２１、中管２２、内管２３を固定する管板および側板は全てＳＵＳ３０４を用いて、接合部分は全てＴＩＧ溶接で接合した。冷却ユニット２の長さは、中心部に配置する最長のもので２，２００ｍｍ、周辺部に配置する最短のもので２，０５０ｍｍとした。
表１に実施例で使用した水素粉砕処理装置の諸元を示す。【００６８】
【表１】
2005082891.tif 000003
【００６９】  水素粉砕処理に供した希土類系磁石合金は、ネオジウム：３１．５ｗｔ％、ボロン：１．０ｗｔ％、残部：Ｆｅの組成を有するＮｄＦｅＢ系磁石合金で、溶解後ストリップキャスティング法により平均厚さ０．３１ｍｍに鋳造したものである。ＮｄＢＦｅ磁石合金は鋳造後制御された冷却速度で冷却され、１辺１０ｍｍ以下のフレーク状薄片に粗粉砕されたものを使用した。このフレーク状薄片について、走査電子顕微鏡を用いた反射電子線像にて組織観察を行った。薄片の断面１０カ所の厚さ方向ほぼ中央部について、線分法でＲリッチ相の間隔を測定した。その結果、Ｒリッチ相の間隔は５．２μｍであった。【００７０】  原料となるＮｄＢＦｅ磁石合金薄片３００ｋｇをコンテナー中に収容し、水素粉砕処理装置１０の投原シュー４通して反応容器１内に装入した。原料となるＮｄＦｅＢ系磁石合金薄片を装入後、ゲートバルブ５を閉じて反応容器１内を気密に保持し、水素吸排気ノズル１８に接続した図示省略の排気ポンプにより真空排気した。
冷却ユニット２は、外管２１と中管２２との間の環状間隙部２８をヘッダーノズル１４に接続した排気ポンプ（図示省略）により真空排気した。また、内管２３の内部２９ａに装入された細径管３０を通して中管２２底部の水分を抜き取り、内管２３の内部２９ａと内管２３と中管２２との環状空洞部２９ｂで構成される冷却媒体通路２９に空気を循環させて内部を乾燥させた。【００７１】  （水素化工程）
次に、水素吸排気ノズル１８を通じて反応容器１内に水素ガスを送り込み、最終的に反応容器１内を約３００ｋＰａの水素雰囲気に保てるようになるまで、水素圧入を継続した。要した時間は約３時間であった。水素は磁石合金に吸蔵され、水素吸蔵による発熱反応により反応容器１内は上昇した。
反応容器内を冷却して水素吸蔵反応を促進させるため、冷却媒体経路２９には、空気の循環を続行した。この結果、反応容器１内温度は２５０℃以下に保持された。
次に、冷却ユニットの空気の循環は停止して次の脱水素化工程に備えた。【００７２】  （脱水素工程）
次に、水素吸排気ノズル１８を通じて反応容器１内の水素を排気した。排気を続けると磁石合金に吸蔵されていた水素が放出されるので、放出される水素の排気を続け、反応容器１内の圧力が大気圧＋α程度になるよう保持した。
この時、水素放出を促進させるため、外部ヒーター３を使用して反応容器１内の温度を５００℃まで加熱した。その後、真空排気し、反応容器１内の圧力が十分下がって水素の発生が納まったことを確認した。脱水素化には約４時間を要した。【００７３】  （冷却工程）
脱水素工程終了後、高温の崩壊合金粉末を室温近くまで冷却する。
まず、２分割型の外部ヒーターを反応容器１から外し、外部から空冷する。
次に、反応容器１内を真空に排気した状態で、かつ冷却ユニット２の環状間隙部２８も真空排気した状態で、冷却媒体通路２９に最初に空気を流した。中管の温度が３００℃にまで下がった時点で、空気に水を噴霧して冷却を継続した。さらに、中管の温度が８０℃になったのを確認して、水に切り替えて冷却を継続した。同時に、環状間隙部２８にヘリウムガスを２００ｋＰａ導入し、さらに反応容器内にも１００ｋＰａのヘリウムガスを導入した。反応容器内の温度が３０℃になるのに要した時間は冷却を開始してから約３時間であった。【００７４】  （製品排出）
次に、窒素ガスを封入した図示省略の密閉式製品コンテナーをフランジ３９に接続した後、先ずゲートバルブ７と製品コンテナーとのバルブ間の空気を真空排気し、次いで窒素ガスに置換後、製品コンテナーのバルブとゲートバルプ７を開放し、さらにストッパ８を降下させ、排出シュート６を通して崩壊合金粉末を製品コンテナーに移し替えた。
崩壊合金粉末の排出が終わったならばゲートバルブ７を閉じ、製品コンテナーも密封して両者を切り離した。【００７５】  （後処理）
崩壊合金粉末の排出を終えた水素粉砕処理装置は、冷却媒体経路内に残留した水をまず空気を吹き込んで押し出した後、さらに、内管の内部に装入した細径管３０を用いて、水抜きを行った。さらに、空気を吹き込んで内部を乾燥させて次回操業に備えた。【００７６】  実施例１で得た崩壊合金粉末から５００ｇを採取して、まず１００メッシュアンダーまで粗粉砕した後、ジェットミルで微粉砕した。得られた微粉末の粒径はＦＳＳＳ平均粒径で３．４μｍであり、分析の結果、酸素濃度は０．０６８ｗｔ％と十分低いことが確認できた。【００７７】  以上記述した水素粉砕処理方法の主要工程である水素化工程、脱水素化工程および冷却工程の操業条件を一覧表にして示すと、表２のようになる。【００７８】
【表２】
2005082891.tif 000004
【００７９】  表２には、原料装入等の準備工程および崩壊合金粉末の排出等の後処理は含めてないが、これらの工程に要する時間は合計１時間程度である。
表２から明らかなとおり、本発明の水素粉砕処理装置を使用して、本発明の水素粉砕処理方法によれば、１バッチ３００ｋｇの希土類系磁石合金を１２時間サイクル以内で水素粉砕処理することが可能である。従来のいかなる方法に比較しても冷却時間が大幅に短縮できるので、高能率に処理することができる。【００８０】  次に、別の実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
（実施例２）
用いた水素粉砕処理装置は基本的に図１と同様とした。但し、図１０に断面Ａ−Ａ’を示すように、冷却ユニット２の外管用の管板２４には外径２１．７ｍｍの先を閉じたＳＵＳ３１０Ｓステンレス製のパイプ４１を１４本配置し、それぞれのパイプの内部に２ｋＷのシースヒーターを差し込んだ。シースヒーターとパイプとの内壁との間には、伝熱を高めるためモリブデンの粉末を充填した。
水素粉砕処理に供した希土類系磁石合金は、実施例１に用いた合金と同じとし、原料の反応容器への装入も同じ手順で行った。【００８１】  （水素化工程）
反応容器に水素を導入する前に、冷却ユニットの外管と中管の間の環状間隙部２８を真空排気した状態で、外部ヒーターと内部に差し込んだシースヒーターを利用して、反応容器内を３５０℃に加熱した。その後、水素吸排気ノズル１８を通じて反応容器１内に水素ガスを送り込み、ガス圧が３００ｋＰａを維持できる状態になるまで、水素導入を継続した。同時に、反応容器内の温度は３５０℃〜４００℃となるように制御した。内部からも加熱したため、このような水素化処理に要する時間は３時間以内で済んだ。【００８２】  （脱水素工程）
次に、水素吸排気ノズル１８を通じて反応容器１内の水素を排気し、１００Ｐａ以下になるまで排気を継続した。水素化処理を高温に加熱後実施したため、合金の水素吸蔵量は少なく、また、Ｒリッチ相は安定な二水素化物を生成しており、真空排気しても分解しない。そのため真空排気に要した時間は１時間以内と短かった。【００８３】  （冷却工程）
脱水素工程終了後の冷却方法は実施例１と同じ手順によった。冷却に要した時間も実施例１とほぼ同じであった。水素化処理後の崩壊合金粉末の排出、次のバッチに備えた後処理も実施例１と同様に実施した。
準備時間から、後処理まで含めて、全ての水素粉砕処理に要した時間は約８時間であった。【００８４】  実施例１と同様にして、実施例２で得た崩壊合金粉末から５００ｇを採取して、まず１００メッシュアンダーまで粗粉砕した後、ジェットミルで微粉砕した。得られた微粉末の粒径はＦＳＳＳ平均粒径で３．６μｍであり、分析の結果、酸素濃度は０．０６２ｗｔ％と十分低いことが確認できた。【００８５】  本発明の水素粉砕処理装置を使用して、本発明の水素粉砕処理方法によれば、１バッチ３００ｋｇの希土類系磁石合金を約８時間サイクルで水素粉砕処理することが可能である。従来のいかなる方法に比較しても冷却時間が大幅に短縮できるので、高能率に処理することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】  本発明によれば水素粉砕処理の冷却工程を大幅に短縮できるので、生産性が高く、コストダウンに多大の貢献ができる点で経済効果がまことに大である。
また、本発明の水素粉砕処理装置は構造が簡単で保守が容易であり、しかも操作性が良くて安全性にも優れた装置である。さらに、バッチ式の反応容器を用いているにもかかわらず、大気に開放することなく、原料合金の装入、水素粉砕処理後の崩壊合金粉末の取りだしが可能なため、反応容器内壁への水分や酸素の吸着が防止され、真空排気に要する時間も短縮され、さらに製品中の酸素低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係わる水素粉砕処理装置の構造を説明する一部破断外観図である。
【図２】  図１に示す水素粉砕処理装置の線Ａ−Ａ’に沿った断面図である。
【図３】  図１に示す水素粉砕処理装置の上部を拡大して示す一部破断外観図である。
【図４】  図１に示す水素粉砕処理装置の下部を拡大して示す一部破断外観図である。
【図５】  冷却ユニットの構造を示す断面図である。
【図６】  図５に示す冷却ユニットの線Ｂ−Ｂ’に沿った断面図である。
【図７】  本発明の第２の実施形態に係わる水素粉砕処理装置の反応容器本体の構造を説明する一部破断外観図である。
【図８】  原料装入時の状態を説明する図である。
【図９】  製品排出時の状態を説明する図である。
【図１０】  実施例２で使用したシースヒーターの配置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８８】１・・・・・・反応容器、
２・・・・・・冷却ユニット、
３・・・・・・外部ヒーター、
４・・・・・・原料装入シュート、
５，７・・・・・・ゲートバルブ、
６・・・・・・製品排出シュート、
８・・・・・・ストッパー、
１０・・・・・・水素粉砕処理装置、
１１，１２，１３・・・・・・ヘッダー、
１４，１５，１６・・・・・・ヘッダーノズル、
１７・・・・・・駆動バー、
１８・・・・・・水素吸排気ノズル、
１９・・・・・・ドレイン抜きノズル、
２０・・・・・・充填空間、
２１・・・・・・外管、
２２・・・・・・中管、
２３・・・・・・内管、
２４・・・・・・外管用管板、
２５・・・・・・中管用管板、
２６・・・・・・内管用管板、
２７・・・・・・管板側板、
２８・・・・・・環状間隙部、
２９・・・・・・冷却媒体経路、
３０・・・・・・ドレイン抜き細径管
３１，３２，３３・・・・・・フランジ、
３４・・・・・・ストレージノズル、
３５・・・・・・原料装入シュート延長パイプ、
３６・・・・・・延長パイプフランジ、
３７・・・・・・真空排気ガス置換用ノズル、
３８・・・・・・製品排出シュート延長パイプ、
３９・・・・・・延長パイプフランジ、
４０・・・・・・真空排気ガス置換用ノズル、
４１・・・・・・シースヒーター差込用パイプ、
４２・・・・・・シースヒーター端子用ノズル、
５０・・・・・・水素粉砕処理装置、
５１・・・・・・回転・傾倒装置、
５２・・・・・・傾倒支軸、
５３・・・・・・回転駆動用ギア、
５４・・・・・・回転駆動機構
５５・・・・・・装入・排出シュート
【図１】
2005082891.tif 000005
【図２】
2005082891.tif 000006
【図３】
2005082891.tif 000007
【図４】
2005082891.tif 000008
【図５】
2005082891.tif 000009
【図６】
2005082891.tif 000010
【図７】
2005082891.tif 000011
【図８】
2005082891.tif 000012
【図９】
2005082891.tif 000013
【図１０】
2005082891.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月20日(2003.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側にヒーターを備え、内部に大径の外管と中間径の中管と小径の内管からなる三重管式の冷却ユニットを備えた水素粉砕処理用の反応容器内に希土類磁石合金を装入し、前記反応容器内に水素ガスを充填して１００ｋＰａ〜１ＭＰａに保持して水素化し、次いで外側のヒーターを使用して反応容器内を３００℃〜６００℃に加熱保持するとともに、発生するガスを排気して脱水素処理を施した後、前記冷却ユニットの外管と中管との環状間隙部を真空排気した状態で、内管の内部と内管と中管の間の環状空洞部で形成される経路に冷却媒体を流し、引き続き前記冷却ユニットの外管と中管との環状間隙部に冷却促進ガスを導入することにより反応容器内の前記外管の外側にある希土類磁石合金粉末を冷却することを特徴とする希土類磁石合金の水素粉砕処理方法。
【請求項２】
外側にヒーターを備え、内部に大径の外管と中間径の中管と小径の内管からなる三重管式の冷却ユニットを備えた水素粉砕処理用の反応容器内に希土類磁石合金を装入し、真空排気後、外側のヒーターを使用して反応容器内を３００℃〜６００℃に加熱保持した後、前記反応容器内に水素ガスを充填し１００ｋＰａ〜１ＭＰａに保持して水素化し、その後真空排気し脱水素処理を施した後、前記冷却ユニットの外管と中管との環状間隙部を真空排気した状態で、内管の内部と内管と中管の間の環状空洞部で形成される経路に冷却媒体を流し、引き続き前記冷却ユニットの外管と中管との環状間隙部に冷却促進ガスを導入することにより反応容器内の前記外管の外側にある希土類磁石合金粉末を冷却することを特徴とする希土類磁石合金の水素粉砕処理方法。
【請求項３】
前記冷却促進ガスとしてヘリウムを用い、冷却媒体として空気、水を噴霧した空気及び水を用いることを特徴とする請求項１および請求項２に記載の希土類磁石合金の水素粉砕処理方法。
【請求項４】
前記冷却促進ガスとしてヘリウムを用い、冷却媒体として空気および水を用いることを特徴とする請求項１および請求項２に記載の希土類磁石合金の水素粉砕処理方法。
【請求項５】
前記希土類磁石合金がストリップキャスティング法によって得られた薄片状のＮｄＦｅＢ系磁石合金であることを特徴とする請求項１および請求項２に記載の希土類磁石合金の水素粉砕処理方法。
【請求項６】
外側にヒーターを備え、内部に三重管式の冷却ユニットを具備した反応容器から構成された水素粉砕処理装置であって、前記反応容器は気密式の原料装入口及び製品排出口を備えかつ真空引きおよび水素ガス置換が可能なように構成され、前記冷却ユニットは大径の外管と中間径の中管と小径の内管の三重管からなり、外管の一方の先端は閉じており、かつ中管の一方の先端も外管の内側で閉じており、この外管と中管の間の環状間隙部は真空引きおよびガス置換が可能となるように構成され、前記内管の内部とそれにつながる内管と中管の間の環状空洞部は冷却媒体経路を構成してなることを特徴とする水素粉砕処理装置。
【請求項７】
前記反応容器が縦型で、前記３重管式の冷却ユニットが複数本縦に並べて配置されてなることを特徴とする請求項６に記載の水素粉砕処理装置。
【請求項８】
前記反応容器が縦型で、前記３重管式の冷却ユニットが複数本縦に並べて配置されており、前記内管の内側にさらに水抜き用の細径管を挿入し、４重管構造としたことを特徴とする請求項６に記載の水素粉砕処理装置。
【請求項９】
前記反応容器の内部に、三重管式の冷却ユニットに加えて複数の先端を閉じた管が配置され、それらの管の中にシースヒーターが組み込まれていることを特徴とする請求項６に記載の水素粉砕処理装置。
【請求項１０】
前記反応容器が縦型で、反応容器の上部側壁に気密式のゲートバルブを備えた原料装入シュートを有し、反応容器の底部にはストッパーバルブを介して気密式のゲートバルブを備えた製品排出シュートを有することを特徴とする請求項６に記載の水素粉砕処理装置。
【請求項１１】
前記反応容器が横型で、前記冷却ユニットの３重管が複数本ほぼ水平に並べて配置されてなることを特徴とする請求項６に記載の水素粉砕処理装置。