(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金（Ｒは希土類元素およびイットリウムからなる群から選択された少なくとも１種、Ｔは鉄を主成分とする遷移金属、Ｂは硼素、Ｃは炭素）を製造する工程と、
前記Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金の溶湯を作製する工程と、
前記溶湯を急冷して、急冷凝固合金を作製する工程と、
を包含し、
前記Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金を製造する工程は、
樹脂成分を含有するＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を用意する工程と、
希土類元素Ｒおよび遷移金属元素Ｔを含有する溶媒合金を用意する工程と、
前記溶媒合金とともに、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石を溶解する工程と、
を包含しており、
前記樹脂成分に由来する炭素を前記急冷凝固合金に含有させる、Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類磁石用急冷凝固合金の製造方法。
【請求項２】
前記Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金の溶湯を急冷する前において、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金に対し、希土類元素および／または遷移金属元素を添加する、請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類磁石用急冷凝固合金の製造方法。
【請求項３】
前記Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金の溶湯を急冷する前において、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金に対し、Ｂ（硼素）および／またはＣ（炭素）を添加する、請求項１または２に記載のＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類磁石用急冷凝固合金の製造方法。
【請求項４】
前記Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金の溶湯を急冷する前において、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金に対し、希土類合金を添加する、請求項１から３のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類磁石用急冷凝固合金の製造方法。
【請求項５】
前記急冷凝固合金を作製する工程は、回転する冷却部材の表面に前記合金の溶湯を接触させることにより、前記合金の溶湯を急冷する工程を包含する、請求項１から４のいずれかに記載のＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類磁石用急冷凝固合金の製造方法。
【請求項６】
前記急冷凝固合金を作製する工程は、メルトスピニング法、ガスアトマイズ法、ストリップキャスト法のいずれかによって行われる、請求項１に記載のＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類磁石用急冷凝固合金の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の製造方法によって製造されたＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類磁石用急冷凝固合金を粉砕することにより得られた粉末を用意する工程と、
前記粉末を樹脂と混合する工程と、
を包含するボンド磁石の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ボンド磁石のリサイクルに適したＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金の製造方法、および、当該希土類合金を用いて作製されるＲ−Ｔ−Ｂ系希土類急冷合金磁石の製造方法に関している。
背景技術
現在、Ｒ−Ｔ−Ｂ（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１つ、Ｔは鉄を主成分とする遷移金属、Ｂは硼素）系希土類磁石は高性能磁石として広い分野で活用されている。このＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石をリサイクルによって再活用できるようにすることは、資源の確保および有効利用の観点からだけでなく、Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石の製造コスト低減という観点からも重要である。
Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の場合、その製造工程で発生する研削スラッジや微粉末は、酸化性が強く、大気雰囲気中で自然発火を引き起こすおそれがあるため、焼却などの処理によって意図的に酸化し、安定な酸化物に変化させる処理が行われている。このような酸化物に対して酸溶解などの化学的処理を施すことにより、希土類元素を分離・抽出することができる。
また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の最終製品については、再溶解（リメルト）などの手法によってＲ−Ｔ−Ｂ系原料合金へのリサイクルを行うことが検討されている。
ボンド磁石をリサイクル利用する場合、ボンド磁石中の磁性粉末とバインダ樹脂とを分離し、その磁性粉末を回収することが考えられる。しかし、ボンド磁石中の樹脂は炭素成分を多く含有するため、樹脂の炭素が磁性粉末へ付着したり、溶着・固着したりすることを避けることは困難である。この結果、ボンド磁石から回収した磁性粉末中には炭素の不純物が多く含まれることになるため、炭素除去のためのプロセスが必要となる。このような炭素除去のためのプロセスは、製造コストを大幅に増加させるため、希土類ボンド磁石のリサイクルは未だ実用化していない。また、表面に樹脂被膜が形成されたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石のリサイクルを行おうとする場合にも、Ｒ−Ｔ−Ｂ系ボンド磁石と同様の問題がある。
特開平５−５５０１８号公報は、不良または不要となったボンド磁石を粉砕し、そのまま、再度ボンド磁石のための磁石粉末として利用する技術を開示している。しかし、ボンド磁石に含まれる磁石粉末は着磁されているため、そのままの状態では磁気を帯びており、成形のための金型に給粉することが困難であるという問題がある。
特開平７−１１１２０８号公報は、不要となったボンド磁石を真空中または不活性ガス中で７００〜１０００℃に加熱し、磁石粉末を消磁する技術を開示している。しかし、７００〜１０００℃の熱処理を行えば、磁性粉末中の結晶粒が粗大化するため、保磁力が大幅に低下してしまうし、また、ボンド磁石中の樹脂が炭化してしまうという問題がある。
一方、溶剤を用いてボンド磁石中の樹脂成分を溶解し、磁石粉末だけを取り出す方法が知られている。この方法には、用いられる溶剤が高価であるという欠点がある。また、この方法によって得られた磁粉は、特開平５−５５０１８号公報の方法によって得られた磁粉と同様に、着磁状態にあるため、消磁工程を余分に行う必要がある。
本発明は、かかる諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系ボンド磁石や、表面に樹脂被膜を有するＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石から消磁工程や脱炭素工程が不要となる方法で磁石合金を回収し、Ｒ−Ｔ−Ｂ系ボンド磁石のリサイクル利用を可能にすることにある。
発明の開示
本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金の製造方法は、Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金（Ｒは希土類元素およびイットリウムからなる群から選択された少なくとも１種、Ｔは鉄を主成分とする遷移金属、Ｂは硼素、Ｃは炭素）の製造方法であって、樹脂成分を含有するＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を用意する工程と、希土類元素Ｒおよび遷移金属元素Ｔを含有する溶媒合金を用意する工程と、前記溶媒合金とともに、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石を溶解（融解または溶融）する工程とを包含する。
好ましい実施形態において、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系ボンド磁石、および／または、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石である。
好ましい実施形態において、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石は、表面に形成された樹脂被膜を有している。
好ましい実施形態において、前記溶媒合金は、質量比率で合金全体の０．５％以上５０％以下の希土類元素Ｒを含有している。
好ましい実施形態において、前記溶媒合金は、Ｂ（硼素）および／またはＣ（炭素）を含有し、Ｂ（硼素）およびＣ（炭素）の総含有量は、質量比率で合金全体の０．０１％以上２０％以下である。
好ましい実施形態において、前記溶媒合金は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、およびＳｎからなる群から選択された少なくとも１種の添加元素を含有している。
好ましい実施形態において、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石は、製造段階で発生した不良品、または、使用済み製品を回収したものである。
好ましい実施形態において、前記溶媒合金とともに前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石を溶解する工程は、高周波溶解法を用いて真空または不活性ガス雰囲気下で実行する。
本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金の製造方法は、上記いずれかの製造方法によって製造されたＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金の粉末を含むＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を用意する工程と、希土類元素Ｒおよび遷移金属元素Ｔを含有する溶媒合金を用意する工程と、前記溶媒合金とともに、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石を溶解する工程とを包含する。
本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類急冷合金磁石の製造方法は、上記いずれかの製造方法によって製造されたＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金を用意する工程と、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金の溶湯を作製する工程と、前記溶湯を急冷して、急冷凝固合金を作製する工程とを包含する。
好ましい実施形態において、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金の溶湯を急冷する前において、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金に対し、希土類元素および／または遷移金属元素を添加する。
好ましい実施形態において、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金の溶湯を急冷する前において、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金に対し、Ｂ（硼素）および／またはＣ（炭素）を添加する。
好ましい実施形態では、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金の溶湯を急冷する前において、前記Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金に対し、希土類合金を添加する。
好ましい実施形態において、前記急冷凝固合金を作製する工程は、回転する冷却部材の表面に前記合金の溶湯を接触させることにより、前記合金の溶湯を急冷する工程を包含する。
本発明によるボンド磁石の製造方法は、上記いずれかの製造方法によって製造されたＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類磁石用合金を粉砕することにより得られた粉末を用意する工程と、前記粉末を樹脂と混合する工程とを包含する。
発明を実施するための最良の形態
本発明では、製造段階で発生した不良品、または、使用済み製品を回収することによって得られたＲ−Ｔ−Ｂ系磁石を再溶解（融解）して、原料合金のリサイクルに利用する。本発明で最も特徴的な点は、Ｒ−Ｔ−Ｂ系ボンド磁石や表面に樹脂被膜が形成されたＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石を再溶解するに際して、希土類元素および遷移金属元素を含有する溶媒合金を用いることにある。
溶媒合金に含まれる希土類元素の量は、好ましくは、質量比率で合金全体の０．５％以上５０％以下である。この溶媒合金は、Ｂ（硼素）および／またはＣ（炭素）を含有していても良く、Ｂ（硼素）およびＣ（炭素）の総含有量は、質量比率で合金全体の０．０１％以上２０％以下であることが好ましい。溶媒合金には、鉄を主成分とする遷移金属Ｔが質量比率で５０％以上９５％以下の割合で含まれる。溶媒金属中の希土類：元素Ｒと遷移金属Ｔとの比（Ｒ：Ｔ）は、１：９９から５０：５０であることが好ましい。
また、Ｒ−Ｔ−Ｂ系磁石と溶媒合金とは、５：９５から８０：２０の質量比率で混合され、溶解される。
上記溶媒合金を用いることにより、樹脂成分の存在によって電気抵抗の著しく増大したＲ−Ｔ−Ｂ系ボンド磁石を高周波溶解法で効率的に溶解することが可能になる。溶媒合金を用いない場合、ボンド磁石中に多量に存在する炭素などの不純物のため、清浄な溶湯が生成されず、スラグが発生してしまう。このようなスラグを溶湯から分離することは極めて難しい。また、溶媒合金の組成が、ボンド磁石に含まれる磁粉の組成から大きくずれている場合、溶媒合金が優先的に溶解した後、これにボンド磁石の樹脂成分が溶けない可能性がある。このため、溶媒合金の組成は、溶解対象とするボンド磁石の磁粉組成に近いことが好ましい。
なお、溶媒合金には、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｉｎ、およびＳｎからなる群から選択された少なくとも１種の元素が添加されていてもよい。
ボンド磁石の樹脂成分から合金溶湯に溶け込む炭素は、希土類−遷移金属−硼素磁石の硼素の一部を置換することができる。焼結磁石の場合、炭素による硼素の部分置換は、耐食性を向上させることが知られているが、高い保磁力を実現する上では不利益に働く。しかしながら、本発明者の実験によれば、メルトスピニングなどの液体急冷法、ガスアトマイズ法、ストリップキャスト法などの急冷法によって得られる合金では、組織が微細であるため、炭素による硼素の一部置換が磁石特性の劣化を引き起こさないことがわかった。このため、上述のようなボンド磁石の再溶解によって樹脂成分に由来する炭素が合金中に含有されることになっても、その炭素が最終的な磁石特性に悪影響を与えることはない。
さらに、本発明では、上記の再溶解を真空または不活性ガス下で溶解を行うため、ボンド磁石中の結合樹脂成分（炭素、水素、酸素、窒素、塩素など）の多くは除去される。具体的には、炭素は合金溶湯に溶け込み、酸素は酸化物としてスラグを形成する。このスラグは、他の不要な元素を取り込む働きをするため、スラグを溶湯から分離すれば、結合樹脂中の不要成分を合金溶湯から除去できる。なお、スラグの比重は溶湯の比重よりも充分に小さいので、スラグは溶湯上に浮遊する。このため、スラグを溶湯から分離するのは容易である。
上述した方法によれば、ボンド磁石から不必要な樹脂成分を排除することができるため、還元処理の不要な状態の希土類合金を回収できる。また、こうして回収した希土類合金は、いったん溶解されたものであるため、残磁もなく、粉末化した後の取り扱いも容易である。
本発明によれば、ボンド磁石の樹脂成分に由来する炭素の一部が再溶解合金中に取り込まれ、最終的なＲ−Ｔ−Ｂ糸希土類急冷合金に含有されることになる。しかしながら、この炭素は急冷合金の微細組織中に存在し、磁石特性を劣化させることはほとんどない。ただし、最終的な磁石粉末の磁気特性を優れたものにするためには、磁石粉末中の硼素および炭素の合計含有量（Ｂ＋Ｃ）を０．５重量％以上２．０重量％以下とし、しかも、炭素の原子数比率（Ｃ／（Ｂ＋Ｃ））は０．０５以上０．７５以下の範囲内に設定することが好ましい。
なお、本発明による磁石では、その磁気特性が充分に優れたレベルにあるだけではなく、耐候性などの品質も優れていることが確認された。
本発明におけるＦｅの一部をＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、およびＡｌからなる群から選択された１種以上の元素によって置換してもよいし、Ｓｉ、Ｐ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、およびＧａからなる群から選択された１種以上の元素を添加してもよい。
次に、図１を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
まず、ボンド磁石の製造方法について、公知の実施形態を説明する。
酸化物還元などによって得られたＮｄ、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＢなどの素材料を溶解し、これらの元素を含有する母合金の塊を作製する。この母合金を溶解して得られた合金溶湯をメルトスピニング法やストリップキャスト法などの急冷法によって冷却し、凝固させた後、粉砕・整粒工程を行うことにより、所望の粒度分布を持つ磁石粉末を得る。この磁石粉末に結合樹脂を混練し、コンパウンドを作製した後、プレス装置などを用いて成形を行う。こうして所望の形態を与えられた樹脂および磁石粉末の混合体に対して結合樹脂の硬化工程を行った後、塗装・検査工程を経て、最終製品を完成する。
樹脂成分を含有するＲ−Ｔ−Ｂ系磁石には、上述のような圧縮成形によって作製された磁石以外に、樹脂と磁石粉末の混合物（コンパウンド）を射出成形することによって作製された磁石や、表面に樹脂被膜が形成された焼結磁石が含まれる。
本発明では、上記方法で製造され、製品として出荷された後の使用済みボンド磁石を回収し、Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類合金を作製する。このとき、ボンド磁石の製造工程中に発生したコンパウンドの残り、成形不良品、硬化不良品などを再利用することもできる。本発明では、使用済みのボンド磁石などを真空・減圧雰囲気中で溶解するに際し、前述した溶媒合金を用いる。ボンド磁石中の磁石粉末は、溶媒合金とともに再溶解し、炭素を一部に含む再生原料合金が生成される。この再生原料合金は、片ロール法などの急冷法によって溶融・凝固された後、前述した公知の製造方法と同様の工程を経て、再び、ボンド磁石用磁石粉末として再生され、ボンド磁石の製造に用いられることになる。
（実施例１）
まず、２７．０質量％Ｎｄ−４．６質量％Ｃｏ−０．９６質量％Ｂ−残部Ｆｅの組成を有する希土類合金磁石粉末にエポキシ樹脂を質量比率で２．０％添加し、金型を用いたプレス成形により、所定形状に成形した。この後、樹脂硬化処理を行い、磁気等方性ボンド磁石を作製した。
このボンド磁石３００グラムと、２９．６質量％Ｎｄ−残部Ｆｅの組成を有する合金インゴット（溶媒合金）とを溶解室内のアルミナ坩堝に投入し、真空中で高周波溶解を行った。こうして、溶媒合金およびボンド磁石をともに溶解し、合金溶湯を形成した。Ａｒガスを溶解室内に導入することにより溶解室内の圧力を８０ｋＰａまで復圧したあと、その状態で１０分間加熱状態を保持した。
上記合金溶湯を金型に鋳込んだ後、冷却し、凝固させた。これにより得られた鋳塊の成分を分析した。分析結果を表１に示す。
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次に、組成が２７．１質量％Ｎｄ−０．９質量％Ｃｏ−０．６８質量％Ｂ−０．３４質量％Ｃ−残部Ｆｅとなるように、上記合金に対してＮｄおよびＦｅを添加して再溶解を行った。
その後、上記組成を有する合金溶湯を単ロール法で急冷し、凝固させた。ロール周速度は２０ｍ／秒とした。こうして作製した急冷凝固合金に対し、６００℃２０分間の熱処理を行った後、乳鉢によって粉砕し、磁石粉末を作製した。粉末の粒度は１５０μｍ以下であった。この粉末（実施例１）の磁気特性をＶＳＭ（試料振動型磁化率測定装置）により測定した。測定結果を表２に示す。
なお、表２には、比較例として、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｂ、およびＣの各原料を用いて上記実施例と同一組成となるように配合し、溶解することにより作製した磁石粉末（比較例１）の磁気特性を記載している。
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表２からわかるように、残留磁束密度Ｂｒおよび保磁力ＨｃＪともに、実施例１は比較例１に比べて遜色のない優れた磁気特性を発揮した。
（実施例２）
本実施例では、実施例１の磁粉を用いて作製したボンド磁石を再溶解の対象とした。すなわち、再溶解法によって作製したボンド磁石をさらに再溶解し、急冷合金の磁石粉末を作製した。比較のため、上記比較例１の磁粉を用いて作製したボンド磁石も再溶解した。
再溶解したボンド磁石は、２７．１質量％Ｎｄ−０．９質量％Ｃｏ−０．６８質量％Ｂ−０．３４質量％Ｃ−残部Ｆｅの組成を有する実施例１および比較例１の磁石粉末に、それぞれ、エポキシ樹脂を質量比率で２．０％添加し、金型を用いたプレス成形により、所定形状に成形した等方性ボンド磁石である。
上記ボンド磁石を溶媒合金とともに再溶解する際、最終的な組成が２７．１質量％Ｎｄ−０．９質量％Ｃｏ−０．６８質量％Ｂ−０．３４質量％Ｃ−残部Ｆｅとなるように、Ｎｄ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｂ、Ｃを添加した。この後、単ロール法によって上記２種類のボンド磁石から得られた合金の溶湯をそれぞれ急冷して、凝固させた。いずれの急冷凝固合金に対しても、６００℃で２０分の熱処理を施した後、粉砕して磁石粉末を作製した。
上記方法で作製した磁石粉末の磁気特性を表３に示す。
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ここで、実施例２は実施例１の磁石粉末を用いて作製したボンド磁石を再溶解→溶融→急冷凝固→粉砕の各処理を経て得られた磁石粉末である。実施例３は、比較例１の磁石粉末を用いて作製したボンド磁石を再溶解→溶融→急冷凝固→粉砕の各処理を経て得られた磁石粉末である。
表３からわかるように、実施例２および３も、実施例１と同様に優れた磁気特性を示した。
産業上の利用可能性
本発明によれば、溶媒合金を用いた再溶解法により、ボンド磁石から磁石合金を効率的に取り出すことができる。また、このようにして取り出した磁石合金に対し、さらに溶融および急冷凝固を行うことにより、ボンド磁石の結合樹脂に由来する炭素を含有していても磁気特性の劣化が生じにくいＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類磁石合金が得られる。
このように本発明によれば、還元処理や脱炭素処理を行わなくとも、ボンド磁石から希土類合金磁石用原料合金を取り出すことができ、ボンド磁石の経済的なリサイクルが実現する。また、添加した炭素が希土類磁石の酸化性反応性を低下させるため、製造プロセス中に発熱・発火によって磁石特性が劣化したり、工程の安全性が阻害されたりすることもなくなる。さらに、磁石表面に耐候性向上用の特別な保護膜を設けなくとも、磁石の経時劣化を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明によるＲ−Ｔ−Ｂ−Ｃ系希土類急冷合金磁石の製造方法の実施形態を示す図である。
【図１】
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