JP2002367820A

JP2002367820A - 磁石廃材を再利用した希土類ボンド磁石

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Publication number: JP2002367820A
Application number: JP2001177822A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Suzuki; 俊治鈴木; Kenichi Machida; 憲一町田; Kinya Adachi; 吟也足立
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2002-12-20
Anticipated expiration: 2021-06-12
Also published as: JP3933415B2

Abstract

(57)【要約】【課題】希土類焼結磁石の製造工程において大量に発
生する磁石廃材を、乾燥や粒度調整をしてそのまま用い
るか、あるいは磁性回復のための表面処理を行ってボン
ド磁石用粉末として再利用することにより、省資源で安
価、且つ高磁気特性のボンド磁石を提供すること。【構成】希土類焼結磁石およびその加工屑から成る、
平均粒径２〜４０ミクロンの磁石廃材粉末が６０質量％
未満５質量％以上と、急冷法によって製作した、または
水素処理した平均粒径４０〜３００ミクロンの等方性Ｎ
ｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末が４０質量％以上９５質量％未満と
を、有機物樹脂で成形固化して成ることを特徴とする、
磁石廃材を再利用した等方性の希土類ボンド磁石。磁石
廃材粉末には、保磁力向上のためその表面に０．０１〜
３ミクロン厚の金属あるいはセラミックス被膜を形成す
ることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、焼結磁石廃材を再
利用した省資源で安価、且つ高い磁気エネルギー積を有
する希土類ボンド磁石に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類ボンド磁石は、
焼結磁石より磁気特性は劣るものの高寸法精度の円筒形
状磁石が容易に製作できる。そのため、急冷法によって
製造された磁粉を用いた等方性ボンド磁石は、ＨＤＤ用
スピンドルモータや各種のステッピングモータに広く応
用され生産量が増加している。また、水素処理をして異
方性の結晶組織をもつ、所謂ＨＤＤＲ粉末と称するＮｄ
−Ｆｅ−Ｂ系磁粉を用いた異方性ボンド磁石も、等方性
より高い磁気特性が得られるために実用化され始めた。

【０００３】一方、希土類焼結磁石の生産量も年々著し
く増加しており、製造工程において発生する焼結不良品
や研磨屑などの磁石廃材は磁石仕込み量の数十％に達
し、年間数千トンに及んでいると推定される。この磁石
廃材の中には希少資源である希土類元素が相当量含まれ
るために、その回収と再利用が求められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系ボン
ド磁石は、ＭＱＩ社が製造販売する等方性磁粉にエポキ
シ樹脂を混合して圧縮成形または射出成形する方式が主
流となっている。この磁石の磁気特性は成形体中の磁粉
含有率の高低によってほぼ決まるが、磁気特性向上のた
めの手段として第一に、平均粉末粒径を１００〜３００
ミクロン程度に大きくし、磁石表面粗さの悪さを犠牲に
して圧縮成形性を上げる、第二に、ダイスやパンチ類の
消耗や欠損を考慮しつつ約１．５ＧＰａ迄の高圧力を加
えて、粉末の充填性を上げる、第三に、ステアリン酸や
窒化硼素などの潤滑剤を磁粉に混ぜるか金型に塗布して
成形性を改善する、などの手段を採用しても磁気特性は
９０〜１００ｋＪ／ｍ³程度である。

【０００５】また、最近では、異方性のＨＤＤＲ磁粉を
用いた異方性ボンド磁石も工業化の緒についたが、モー
タに多用される小径筒状磁石を製作する場合には本質的
に磁界配向が充分に行われないため、角型ブロック磁石
では容易に得られる１５０ｋＪ／ｍ³の特性が、１２０
ｋＪ／ｍ³程度に止まってしまう。このように、いずれ
のボンド磁石においても、磁気特性を向上させることが
容易ではなかった。

【０００６】一方、近年の希土類磁石の生産量の増加に
伴って資源再利用の必要性が唱えられている。ボンド磁
石の製造工程は比較的短く、且つ成形後の機械加工がな
いために製品歩留まりは９８〜９９％であり、したがっ
て、磁石廃材発生量は少ない。それに対して、Ｎｄ−Ｆ
ｅ−Ｂ系焼結磁石は製造工程数が多く、主たる用途であ
るＨＤＤ向けＶＣＭ用磁石の場合には、大きなブロック
を成形し、焼結した後に切断研磨する方式が採られてい
るために、端材や研磨屑、あるいは特性不良品などの磁
石廃材が多量に発生する。

【０００７】この磁石廃材の中で、焼結片など数ｍｍの
固形スクラップは再溶解して一次合金とした後に本溶解
する事が一部実施されているが、メッキ被膜の剥離手間
や不純物除去の困難性から採算的に問題がある。また、
磁石の研磨屑は数ミクロン程度であるために表面が酸化
して保磁力が著しく低下し、そのままでは焼結磁石に使
用するのが困難である。従って、研磨屑は加熱焼成して
完全な酸化物にして、イオン抽出法によりＮｄやＤｙな
どを分離回収し合金原料とするが、工程管理が複雑で安
定操業上その実施は限られている。

【０００８】周知のように、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石
は１ｍｍ以下の薄片や数十ミクロンの粉末形態では、核
発生型の保磁力機構が故に保磁力が著しく低下し、従来
は磁石として用いられることはなかった。しかし、最
近、焼結磁石表面にＺｎ被膜を形成して表面相の合金化
反応を研究し、耐食性の向上についての報告がある（J.
Alloys and Compound, 306(2000)253）。また、焼結磁
石薄片にＡｕ，Ｔａ，Ｄｙなどのスパッタ被膜を形成し
て、保磁力回復の機構を研究した報告がある（Pro. of
16th Int. Workshop on Rare-earth Magnets and Their
applications, Sendai, 2000, pp.257）。しかし、こ
れらの報告は、いずれも、焼結磁石としての特性確保を
目的とした研究に関するものであり、焼結磁石廃材を再
利用する意図はみられない。

【０００９】本発明は、希土類焼結磁石の製造工程にお
いて大量に発生する磁石廃材を、乾燥や粒度調整をして
そのまま用いるか、あるいは磁性回復等のための表面被
膜形成処理を行ってボンド磁石用粉末として再利用する
ことにより、省資源で安価、且つ高磁気特性のボンド磁
石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】

【００１０】本発明は、上記の目的を達成するために、
希土類焼結磁石およびその加工屑から成る、平均粒径２
〜４０ミクロンの磁石廃材粉末が６０質量％未満５質量
％以上と、急冷法によって製作した平均粒径４０〜３０
０ミクロンの等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末が４０質量％
以上９５質量％未満とを、有機物樹脂で成形固化したこ
とを特徴とする磁石廃材を再利用した等方性の希土類ボ
ンド磁石を提供する。

【００１１】また、希土類焼結磁石およびその加工屑か
ら成る、平均粒径２〜４０ミクロンの磁石廃材粉末が６
０質量％未満５質量％以上と、水素処理した平均粒径４
０〜３００ミクロンの異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末が４
０質量％以上９５質量％未満とを、有機物樹脂で成形固
化したことを特徴とする磁石廃材を再利用した異方性の
希土類ボンド磁石を提供する。

【００１２】さらに、上述の磁石廃材粉末として、その
表面に０．０１〜３ミクロン厚の金属、合金、またはセ
ラミックス被膜が形成されているものを用いたことを特
徴とする磁石廃材を再利用した希土類ボンド磁石を提供
する。

【００１３】

【作用】本発明において、磁石廃材からなる粉末は、新
規材磁粉の空隙を埋めることを意図しているために、そ
の粒径は相対的に小さくなければならない。粒径の下限
は２ミクロンとし、これより小さいと強酸化されている
ために保磁力の回復が実質的に困難であり、一方、４０
ミクロンを超えると空隙を埋める作用が果たし得なくな
る。

【００１４】また、磁粉全体に占めるその混入量は、６
０質量％未満までとすることが、充分な空隙充填効果を
生み、従来の磁気特性を超えるために必要である。磁石
廃材粉末は５質量％程度以上なるべく多く再利用した方
が省資源上望ましいが、磁気特性を考慮すれば、好まし
くは１０〜５０質量％、より好ましくは２０〜４０質量
％とする。特に、異方性ボンド磁石においては、相対的
に小さい磁石廃材粉末が磁界中成形時のＨＤＤＲ粉末粒
子の回転を助長して、配向性を向上させる効果がある。

【００１５】混合する磁石廃材粉末を微粉にするのに対
して、新規材磁粉の平均粒径は高密度充填にとって有利
なように大きくし、下限は４０ミクロンとする。これ以
下の粒径では充填密度が著しく低下して所定の磁気特性
が得られず、反対に３００ミクロンを超えると粉末粒子
間の空隙が増加して密度が減少し、また、同時に磁石表
面の粗さが大きくなって保護膜にピンホールができるの
で耐食性が低下する。

【００１６】磁石廃材粉末の表面に金属、合金、または
セラミックス被膜を形成し粉末の表面を修復することに
より保持力向上や耐酸化性を向上させることができる。
これらの効果を得るには、被膜の膜厚は、少なくとも百
原子層程度の０．０１ミクロンが必要であり、一方、３
ミクロンを超えると被膜材質が非磁性であるために全体
の磁性を薄めてしまうことになり、高磁気特性を得るこ
とができなくなる

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明を製造工程に従って詳しく
説明する。本発明で対象とする希土類ボンド磁石は、希
土類元素をＲとし遷移元素をＴとした場合にＲ₂Ｔ₁₄Ｂ
等で示される化合物を主相とし、一般にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ
系ボンド磁石と表現される。その合金成分中にはα−Ｆ
ｅやＦｅ₃Ｂ相を含有したり、あるいはＮｄ以外にＤｙ
やＰｒ等他の希土類元素や、Ｃｏ,Ｃｒ等の遷移元素を
含有しても差し支えない。

【００１８】ボンド磁石の結合材は成形方式によって選
択され、圧縮成形ではエポキシやフェノール等の熱硬化
性樹脂を、射出成形ではナイロンやＰＶＴ等の熱可塑性
樹脂を、押し出し成形では加硫ゴムなどが用いられる。
また、異方性磁石においては、８００〜２４００ｋＡ／
ｍ程度の直流あるいはパルス磁界を所定の方向に印加さ
せて成形を行う。得られた磁石は殆ど機械加工すること
なく、通常、錆び防止のために表面を樹脂で塗装し、最
後に着磁をして磁石製品とする

【００１９】新規材として用いる磁粉は、合金溶湯を回
転するロール表面に噴出して急冷凝固させた等方性の急
冷法によって製作した磁粉や、合金に水素を吸蔵放出さ
せる過程で異方性の結晶組織を得た水素処理した（ＨＤ
ＤＲ）磁粉が最も一般的であるが、その他にアトマイズ
や水中紡糸法による急冷法よっても所望の磁粉を得るこ
とができる。これらの磁粉は、ボンド磁石内に高密度に
充填させて高い磁気特性を得るために、適切な粒径を選
択することが必要である。

【００２０】一方、磁石廃材粉末の原料とする希土類焼
結磁石およびその加工屑などの廃材としては、焼結工程
で割れや亀裂を生じた不良品、メッキや樹脂塗装での外
観不良品、検査工程での寸法や磁気特性不良品、切断時
の欠けや端材、研磨工程での研磨屑などの加工屑、など
が挙げられる。廃材として量的にはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系が
圧倒的に多いがその約半分程度の量があるＳｍ−Ｃｏ系
磁石廃材を対象の廃材として除外するものではない。

【００２１】Ｓｍ−Ｃｏ系焼結磁石廃材は、Ｎｄ−Ｆｅ
−Ｂ系磁石廃材と比較してＣｏを多量に含有するために
酸化され難く、したがって、保持力の低下が少ない性質
を持っている。また、Ｓｍ−Ｃｏ系焼結体の初期ＢＨｍ
ａｘはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系より低いが、廃材ではＮｄ−Ｆ
ｅ−Ｂ系より保持力の低下が小さいため、ボンド磁石に
混合する廃材はどちらの系を用いてもかまわない。

【００２２】これらの磁石廃材の内、大きさが１ｍｍ以
上の欠けや不良品はクラッシャーによる粗粉砕後、ボー
ルミルやジェットミルによる微粉砕を行って数〜数十ミ
クロンの粉末を製作する。また、研磨屑は通常数ミクロ
ンの粉末となっており、粉末表面の酸化や形態的な荒れ
によって保磁力が著しく低下していることが多い。

【００２３】保磁力を回復する場合、粉末粒子表面に各
種の金属または合金薄膜を形成する。粒子表面に露出し
たＮｄ−Ｆｅ−Ｂ相は酸化によってＮｄが欠損している
ために、ＮｄやＤｙ等の希土類金属を機械的に混合して
成膜したり、気相蒸着あるいは物理蒸着法によって成膜
する。

【００２４】研磨屑は機械加工による内部歪と不規則な
表面層をもつために、ＺｎやＡｌ等の比較的低融点の金
属を蒸発成膜し、加熱によって粒子表面と固相反応を起
こさせ、表面相の形態的修復を行う。なお、被膜材質は
この他に酸化防止効果のあるＮｉやＴａなどの金属また
は合金を用いることができる。さらには、酸化ケイ素な
どセラミックスをゾルゲル法などの湿式処理によって成
膜しても、ボンド磁石の耐環境特性の向上に効果があ
る。

【００２５】図３に、上記の磁石廃材粉末に各金属を被
覆したときの、被膜の厚さと磁気特性の関係を示す。図
３から明らかなように、磁石廃材粉末の表面にごく薄い
被膜を形成することによって、保磁力（ＨcJ）と残留磁
化（Ｂr）が著しく向上する。被膜厚が薄い場合の残留
磁化の向上は保磁力の増加に伴う現象であり、被膜厚が
厚過ぎる場合は非磁性の金属被膜の体積が増加するため
に、残留磁化は低下する。従って、本発明の磁石におい
て用いる磁石廃材粉末の場合は、被膜厚は３ミクロン以
下にすることが好ましい。

【００２６】図３に示す磁石廃材粉末への成膜は、下記
の方法によって行った。磁気エネルギー積が３３６ｋＪ
／ｍ³のＮｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ系焼結磁石の研磨
屑を回収・乾燥して、平均粒径７ミクロンの粉末を得
た。この研磨屑は、粒子表面が酸化して２．１質量％の
酸素を含有し、磁気特性のうち特に保磁力が著しく低下
していたため、粒子表面の酸化層除去と凹凸解消の目的
で金属被覆処理を行った。被覆処理は、研磨屑粉末に金
属Ｚｎ，Ａｌ，またはＤｙの各粉末とアルミナボールを
石英容器に装填し、真空引きした後に容器を回転させな
がら、４００〜６００℃で１〜６時間加熱することによ
った。

【００２７】また、被膜の厚さ測定用として当該焼結磁
石片を石英ポットに装填した。被膜の厚さはβ線測定器
によって測定した。また、被覆しや粉末の磁気特性は、
予め、パラフィン中に磁粉を混合して磁界中で配向固定
し、４．８ＭＡ／ｍのパルス着磁をした後に振動試料型
磁力計を用いて測定した。

【００２８】

【実施例】以下、本発明を実施例に従って詳細に説明す
る。実施例１ＭＱＩ社製の急冷法によるＮｄ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ系磁粉
（商品名：ＭＱＰＢ）を、窒素ガスを導入した衝撃式気
流粉砕機を用いて粉砕刃の回転数を３０００ｒｐｍにセ
ットして粉砕し、平均粒径１４０ミクロンの粗粉末を得
た。一方、３３６ｋＪ／ｍ³の磁気エネルギー積をもつ
Ｎｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ系焼結磁石のアルミメッキ
不良品を廃材として用いた。この磁石廃材から、塩酸に
よってメッキ膜を剥離乾燥した後に、粉砕機の回転数を
６０００ｒｐｍに上げて粉砕をし、平均粒径２２ミクロ
ンの微粉末を得た。

【００２９】前者に、磁石廃材粉末を０，１０，２０，
３０，４０，５０，６０，７０質量％の割合で混ぜた混
合粉末と、質量比で２．５ｗｔ％のエポキシ樹脂とを混
合・混練し、ＷＣ製金型を使用して無磁界中で１．２Ｇ
Ｐａの圧力をかけて、１０×１０×７ｍｍの成形体を製
作した。続いて、窒素雰囲気中、１２０℃で１時間の硬
化処理を行って磁石試料とした。

【００３０】各試料の密度はアルキメデス法により、ま
た、磁気特性は４．８ＭＡ／ｍのパルス磁界を加えた
後、２ＭＡ／ｍの磁界中でＢＨトレーサによって測定し
た。得られた試料の、混合比に対する密度と磁気特性と
の関係を図１に示す。図から明らかなように、ＭＱＰＢ
粉末に粒子サイズの小さな磁石廃材粉末を混合すること
によって、密度が向上し、その結果として磁気特性が向
上した。ただし、磁石廃材粉末の混合率が６０質量％以
上では微粉末量が過剰となるために、ＭＱＰＢ磁粉単独
の場合より密度が低下して磁気特性も低下する。

【００３１】実施例２ＭＱＰＢ粉末を粉砕せずに振動ふるい機によって篩い分
けし、平均粒径が２８，４７，７４，１１０，１６４，
２７４，３５５みくろんの各粉末を得た。この粉末に、
実施例１で用いた平均粒径２２ミクロンの磁石廃材微粉
末を２０質量％の割合で混合し、エポキシ樹脂とを添加
混合してボンド磁石を製作し、本発明試料１〜５、およ
び比較例試料２〜３とした。また、上記の本発明試料３
の１１０ミクロンの粉末を使用して、磁石廃材粉末を混
合しない磁石試料を比較例１として製作した。表１に、
各試料の密度と磁気特性を示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】ＭＱＰＢ粉末の粒径が小さ過ぎる比較例２
と大き過ぎる比較例試料３は、磁石廃材粉末を混合しな
い比較例試料１より、密度も磁気特性共に低下した。こ
の理由は、比較例２の試料では粒径が小さ過ぎるため
に、磁石廃材粉末がＭＱＰＢの粒子間の空隙に充填され
ずに密度が得られなかったためで、比較例３の試料では
粒径が大き過ぎるため上記空隙を埋めるに充分な磁石廃
材粉末が供給されずに密度が低下したためである。一
方、本発明試料１〜５は密度が向上して、高い磁気特性
が得られた。

【００３４】実施例３水素処理によって製作されたＮｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｚｒ−
Ｂ系のＨＤＤＲ磁粉を粉砕した平均粒径１４０ミクロン
の粉末に、実施例１で用いた平均粒径２２ミクロンの磁
石廃材からなる微粉末を、０，１０，２０，３０，４
０，５０，６０，７０質量％の割合で混合した。この混
合粉末に、質量比で２．２％のエポキシ樹脂と０．１％
のオレイン酸を添加混合し、１．６ＭＡ／ｍの磁界中で
１ＧＰａの圧力を加えて１０×１０×７ｍｍの成形体を
製作し、硬化処理を行って異方性の磁石試料を得た。

【００３５】図２に、磁石廃材粉末の混合比に対する密
度と磁気特性との関係を示す。この結果、磁石廃材粉末
を混合させることによって密度と磁気特性が向上するこ
とがわかった。但し、混合率が６０質量％以上では微粉
末量が過剰となり磁気特性が低下する。

【００３６】実施例４磁気エネルギー積が３３６ｋＪ／ｍ³のＮｄ−Ｄｙ−Ｆ
ｅ−Ｃｏ−Ｂ系焼結磁石の研磨屑を回収・乾燥して、平
均粒径７ミクロンの粉末を得た。この研磨屑粉末と金属
Ｚｎ粉末とアルミナボールを石英容器に装填し、真空引
きした後に容器を回転させながら、５００℃で１時間加
熱し厚さ０.０８ミクロンのＺｎ被膜粉末を得た。この
Ｚｎ被膜粉末２０質量％を平均粒径１００ミクロンに粉
砕したＨＤＤＲ磁粉に混合した。この混合粉末にシラン
カップリング処理をして１２ナイロン樹脂を６質量％混
合し、加熱押し出しをして成形用ペレットを製作した。
次に、極配向用金型を用いて２８０℃で射出成形をし、
外形２４ｍｍ、内径２０ｍｍ、高さ４ｍｍの極異方配向
した本発明試料を得た。

【００３７】また、比較例として、ＨＤＤＲ単独粉を用
いて射出成形した磁石を合わせて製作した。これら磁石
を着磁ヨークに装填し、約２ＭＡ／ｍのパルス磁界を加
えて外周２４極に着磁をし、ガウスメータによって表面
磁束密度を測定した。その結果、比較例の表面磁束密度
が３２２ｍＴであるのに対して本発明試料のそれは３４
０ｍＴの値を示し、研磨廃材を用いているにもかかわら
ず高い磁気特性が得られることがわかった。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、希土類ボンド磁石にお
いて、焼結磁石の廃材を磁石粉として再利用し、従来、
ボンド磁石に用いていた磁粉より粒径を小さくして、磁
石中の磁粉充填率を従来より高めて磁気特性の高い希土
類ボンド磁石ができる。また、磁石廃材粉末の表面に被
膜を形成して保磁力を回復させること、耐環境特性を向
上させることもでき、優れた特性を有し、省資源で安価
なボンド磁石の供給が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、ＭＱＰＢ粉末と磁石廃材粉末の混合比
に対する、ボンド磁石の密度と磁気特性との関係を示す
グラフである。

【図２】図２は、ＨＤＤＲ粉末と磁石廃材粉末の混合比
に対する、ボンド磁石の密度と磁気特性との関係を示す
グラフである。

【図３】図３は、磁石廃材粉末への各金属の被覆膜厚
と、磁気特性の関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者町田憲一大阪府箕面市粟生間谷西１−４−５−401 (72)発明者足立吟也兵庫県神戸市東灘区御影町御影字滝ヶ鼻 1345−９Ｆターム(参考） 5E040 AA04 BB03 BC01 CA01 HB15 HB17 NN06 5E062 CD05 CE05 CG07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】希土類焼結磁石およびその加工屑から成
る、平均粒径２〜４０ミクロンの磁石廃材粉末が６０質
量％未満５質量％以上と、急冷法によって製作した平均
粒径４０〜３００ミクロンの等方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉
末が４０質量％以上９５質量％未満とを、有機物樹脂で
成形固化して成ることを特徴とする磁石廃材を再利用し
た等方性の希土類ボンド磁石。
【請求項２】希土類焼結磁石およびその加工屑から成
る、平均粒径２〜４０ミクロンの磁石廃材粉末が６０質
量％未満５質量％以上と、水素処理した平均粒径４０〜
３００ミクロンの異方性Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末が４０質
量％以上９５質量％未満とを、有機物樹脂で成形固化し
て成ることを特徴とする磁石廃材を再利用した異方性の
希土類ボンド磁石。
【請求項３】希土類焼結磁石およびその加工屑から成
る磁石廃材粉末として、その表面に０．０１〜３ミクロ
ン厚の金属、合金、またはセラミックス被膜が形成され
ているものを用いたことを特徴とする請求項１または請
求項２に記載の磁石廃材を再利用した希土類ボンド磁
石。