JP2005268684A - 焼結磁石スラッジの再利用方法、ｒ−ｔｍ−ｂ系永久磁石の製造方法及び磁石製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】 研削により生成されるスラッジを磁石製造用原料として用いることにより、スラッジを有効に再利用するとともに、低コストで永久磁石を製造する。
【解決手段】 焼結磁石を研削加工して生成されたスラッジを含むスラリを回収するステップと、スラッジをスラリに基づく湿式の状態で磁場中成形して成形体を得るステップと、を備える。焼結磁石がＲ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石（Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴＭはＦｅ、又はＦｅ及びＣｏ）の場合、スラッジよりもＲの量がリッチなＲリッチ合金を成形体中に溶浸させることにより焼結磁石を得ることができる。また、スラッジと、スラッジよりもＲの量がリッチなＲリッチ合金粉末との混合物を磁場中成形し、得られた成形体を焼結することにより焼結磁石を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石等を加工した際に生ずる研削屑（スラッジ）を再利用する方法に関するものであり、特にスラッジを利用して永久磁石を製造する方法に関する。

粉末冶金法によって作製されるＲ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石等の焼結磁石は、所望形状とするために通常、加工工程を経て製品化される。この加工の中で研削を行う場合には研削液が使用される。研削液は通常、水又は水に加工性向上のために潤滑剤や被加工物である磁石の酸化防止のための防錆剤を混合して用いられる。加工終了後には研削によって生成したスラッジは研削液と混合したスラリの状態で排出される。

研削によって生ずるスラッジの量は、製品原料の数十％に及ぶ場合があるため、スラッジを再利用することが検討されている。ここで、スラッジの再利用方法として、これまでいくつかの方法が提案されている。この方法は、（１）希土類回収法、（２）合金再生法、（３）磁石再生法に分類することができる。

希土類回収法はスラッジから希土類元素のみを希土類化合物として回収し、原料工程にリサイクルする方法で、例えば特許第２７６５７４０号公報（特許文献１）、特開平９−２１７１３２号公報（特許文献２）などが提案されている。これらの方法は一度に大量のスラッジを処理できること、高純度の希土類化合物を回収できるといった利点があるが、多量の酸を使用することや廃酸の処理が困難、処理工程が複雑といった問題が指摘されている。

合金再生法はスラッジを同組成の合金として回収する方法で、スラッジを高周波溶解、アーク溶解、プラズマ溶解等で溶解して磁石合金を得る。例えば、特開平８−３１６２４号公報（特許文献３）、特開平６−１３６４６１号公報（特許文献４）が提案されている。これらの方法はスラッジを磁石合金として再生することで、希土類を含む合金を得る製錬工程、磁石合金を得る溶解工程を短縮化することができること、スラッジ内に含有する希土類以外の高価な遷移金属も再利用できるといった特徴がある。しかし、希土類元素の回収率が低くなるとともに、坩堝材が溶損し、異物として混入するといった問題が指摘されている。

以上に対し、磁石再生法はスラッジを磁石として再生する方法で、例えば、スラッジと希土類の豊富な合金粉を所定の割合で混合し、成形、焼結し、磁石を得る方法（特許第２７４６８１８号公報（特許文献５））が提案されている。この方法は、スラッジと希土類合金を加熱溶解前に坩堝内に一緒に装入し、高周波溶解炉で溶解することにより、磁石用合金として再生する方法である。この方法は、現行の磁石製造装置を使用することができ、更に希土類以外の高価な遷移金属も再利用できるため経済的に大きなメリットがある。さらに、坩堝材の溶損を防ぐため、溶解原料の約１０重量％の希土類合金を一緒に溶解すること、更に坩堝材の溶損の原因とされるスラグ発生量を低減するためにフラックスを添加することを特徴としている。しかし、この方法では、フラックスを添加しない場合の歩留が非常に悪いため、添加するフラックス量を溶解原料の４０％程度にする必要があるため、フラックスによる坩堝の溶損、インゴットへの混入による磁気特性及び表面処理特性の悪化、さらに希土類回収率の低下、処理コストが高くなるなどの問題が指摘されている。

以上に対して、フラックスの飛散を抑制し、溶解炉内の汚染を抑えて、希土類磁石スラッジを溶解原料として高純度の磁石用合金を得ることができる希土類磁石スラッジの再溶解方法が特開２００３−１１３４２９号公報（特許文献６）に開示されている。この方法は、予め希土類を含まないＲ−Ｆｅ−Ｂ系磁石に用いる原料金属を坩堝に装入し、加熱溶解後、希土類元素を含む原料金属とＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石スラッジ並びにアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属から選ばれる１種又は２種以上の金属のハロゲン化物を含むフラックスを適量添加することによって、高効率で希土類元素を回収することができ、溶解歩留も向上するというものである。

特許第２７６５７４０号公報 特開平９−２１７１３２号公報 特開平８−３１６２４号公報 特開平６−１３６４６１号公報 特許第２７４６８１８号公報 特開２００３−１１３４２９号公報

以上説明した従来のスラッジの再利用方法は、研削加工によって生じたスラッジを溶解する、あるいは他の化合物に変換させる等の処理が必要であることから、工程数が必然的に多くなる。これに対して、スラッジを処理する工程が少なくて済めば、再利用方法としての価値が大きい。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、少ない処理工程であってもスラッジを有効に再利用することのできる方法を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような方法で得られた磁石粉末を用いて永久磁石を得る方法を提供することを目的とする。

これまでのスラッジの再利用方法は、スラッジに化学的又は物理的な変化を伴う処理を施して得られた物質を再利用に供するものであった。本発明者らは、スラッジそのものを再利用するという、これまで見落とされていた斬新な発想に基づいて、スラッジを原料粉末として永久磁石を製造する方法について検討を行った。
通常、数μｍから数十μｍの大きさの粒子からなるスラッジと研削液と共に、回収タンクに相当の時間貯留される。Ｒ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石のような希土類化合物は活性であり、特にその化合物表面積が大きいと酸素と反応しやすい。スラッジは加工によって新生面が露出した粒子で構成されており、その酸素との反応は早く、防錆剤を混合した研削液といえども、長時間浸漬状態であれば酸化が進行し粒子の磁気特性は低下する。

そこで本発明者は、スラッジと研削液からなるスラリを、乾燥等の工程を経ることなく、磁場中成形して永久磁石を製造した。その結果、スラッジを一旦乾燥した後に磁場中成形して製造された永久磁石に比べて、高い磁気特性が得られることを確認した。
本発明は以上の知見に基づくものであり、焼結磁石を研削加工して生成されたスラッジを含むスラリを回収するステップと、このスラッジをスラリに基づく湿式の状態で磁場中成形して成形体を得るステップと、を備えることを特徴とする焼結磁石スラッジの再利用方法である。

本発明において、焼結磁石がＲ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石（Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴＭはＦｅ、又はＦｅ及びＣｏ）の場合、スラッジよりもＲの量がリッチなＲリッチ合金を成形体中に溶浸して焼結体を得るステップをさらに備えることができる。また、スラッジよりもＲの量がリッチなＲリッチ合金粉末をスラッジに添加した後に磁場中成形して成形体を得た後に、この成形体を焼結して焼結体を得るステップをさらに備えることもできる。
本発明は、以上のようにして得られた焼結体を粉砕して粉砕粉末を得るステップと、粉砕粉末と結合材とを含むコンパウンドを作製するステップと、コンパウンドを所定形状に成形するステップとを少なくとも備えることにより、ボンド磁石を作製することもできる。

本発明は、スラッジ、つまりＲ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石の製造過程で生成されたＲ−ＴＭ−Ｂ系合金粉末を用いてＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石を製造することに特徴があるが、当該Ｒ−ＴＭ−Ｂ系合金粉末のみで新たなＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石を製造するのではなく、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系合金粉末から構成される成形体を作製するステップと、この成形体に存在する空隙に所定組成の合金を充填するステップと、を備えることを特徴としている。この場合、所定組成の合金を、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系合金粉末よりもＲの量がリッチなＲリッチ合金とし、かつ溶融状態で成形体に存在する空隙に充填させることができる。ここで、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系合金粉末は、研削加工により生成されたものとすることができる。
また、当該Ｒ−ＴＭ−Ｂ系合金粉末と、所定組成の合金粉末との混合物を磁場中で成形して成形体を作製するステップと、この成形体を焼結するステップとを備えることを特徴としている。この場合、所定組成の合金粉末を、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系合金粉末よりもＲの量がリッチなものとすることができる。ここで、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系合金粉末は、研削加工により生成されたものとすることができる。

本発明は、以上の焼結磁石スラッジの再利用方法を実施することのできる以下の磁石製造システムを提供する。この磁石製造システムは、焼結磁石を所定の寸法及び／又は形状に研削加工する加工部と、加工部から排出される研削液とスラッジを含むスラリを磁場中成形する湿式成形部と、湿式成形部で得られた成形体を用いて磁石を作製する磁石作製部とを備えることを特徴としている。

以上説明したように、本発明によれば、研削により生成されるスラッジを磁石製造用原料として用いるため、スラッジを有効に再利用できるとともに、低コストで永久磁石を製造することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の焼結磁石スラッジの再利用方法は、スラッジが研削液と共存したスラリのまま、つまり湿式状態で磁場中成形して成形体を作製し、この成形体を用いて永久磁石を製造する。
ここで、スラッジは、研削加工時及び研削加工後のスラリの状態において酸化されるため、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石の場合、磁石の結晶粒界に存在すべき所謂Ｒリッチ相の量が不足した状態となる。周知のように、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石の保磁力は、結晶粒界に存在するＲリッチ相の存在に起因している。したがって、スラッジのみでは高い保磁力を得ることができなくなることがある。そこで、本発明では、スラッジに対してＲリッチ合金を補填することが、高い保磁力を得る上で望ましい。
Ｒリッチ合金を補填する形態に基づいて、磁場中成形による成形体を用いて永久磁石を製造する方法は、少なくとも２つの形態を含む。１つは磁場中成形による成形体を得た後にＲリッチ合金を溶浸する方法（以下、溶浸法という）であり、他の１つはスラッジにＲリッチ合金粉末を添加、混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を磁場中成形に供する方法（以下、混合法という）である。以下、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石のスラッジを対象として、溶浸法、混合法の順にその内容を説明する。

溶浸法は、はじめに、焼結磁石を研削加工して排出された研削液及びスラッジの混合物（スラリ）を磁場中成形して成形体を作製する。この磁場中成形は、異方性ハードフェライト磁石で行われている湿式磁場中成形と同様のものとすることができる。つまり、研削液及びスラッジを含むスラリを金型内に注入後、脱水しつつ成形することにより成形体を得る。この成形過程で、磁場を印加することにより、磁石粉であるスラッジを配向する。実際の成形にあたって、スラリの濃度を調整する等の処置を行うことができることは言うまでもない。磁場中成形の条件は、成形圧力は０．５〜１２ｔｏｎ／ｃｍ^２の範囲、印加する磁場の強度は５〜２５ｋＯｅの範囲から適宜選択すればよい。さらに２５ｋＯｅを超えるようなパルス磁界を用いても良い。

成形体の密度は特に限定されないが、通常、成形体密度が高いほど残留磁束密度は高くなるので、成形体密度は、好ましくは４．０ｇ／ｃｍ^３以上、より好ましくは４．５ｇ／ｃｍ^３以上とする。
成形時に印加する磁界は、直流磁界であってもパルス磁界であってもよく、これらを併用してもよい。また、圧力印加方向と磁界印加方向とがほぼ直交するいわゆる横磁場成形法にも、圧力印加方向と磁界印加方向とがほぼ一致する、いわゆる縦磁場成形法にも本発明は適用することができる。
以上の磁場中成形により得られた成形体は、５％以下程度の含水率となるが、必要に応じて乾燥を行うことができる。

前述したように、スラッジは、酸化によりＲリッチ相が不足した状態となっている。そこで、溶浸法では、Ｒリッチ合金を成形体中に溶浸させる。この溶浸とは、溶融したＲリッチ合金を成形体中に染み込ませることをいう。
溶浸用のＲリッチ合金とは、Ｒを含みＲ_２Ｔ_１４ＢよりもＲがリッチな合金を言う。なお、Ｒ_２Ｔ_１４Ｂは、ＲがＮｄ、ＴがＦｅのとき、２６．７重量％Ｎｄ−７２．３重量％Ｆｅ−１．０重量％Ｂとなる。したがって、溶浸用合金のＲ含有量は、望ましくは、４０〜９９重量％、より望ましくは６０〜９０重量％である。Ｒが少なすぎると融点を低くすることが難しくなり、また、磁石の保磁力向上効果も不十分となる。Ｒが多すぎるか、あるいはＲ単体であっても、やはり融点が高くなってしまう。なお、残部は実質的に上記ＴＭであることが好ましい。ただし、Ｍの一部に替えて、Ｂ、Ｓｉ、Ｃやその他の元素の少なくとも１種を添加してもよい。

溶浸する際には、成形体の温度も溶浸用合金と同程度となっていることが好ましいため、成形体も昇温される。したがって、溶浸用合金の融点は、その融点まで昇温したときに、成形体の収縮率が所望の範囲に収まるものであることが望まれる。具体的には実験的に決定すればよいが、上記した成形体用合金を用いる場合には、好ましくは１０００℃以下、より好ましくは７００℃以下とする。
溶浸用合金の形態は、バルク状であってもよく、粉末状であってもよいが、溶浸用合金はＲ含有量が多く酸化されやすいため、好ましくはバルク状のものまたは粗粉を用いる。

溶浸は、溶浸用合金をその融点以上まで加熱することにより行なわれる。
溶浸用合金の加熱手段は特に限定されず、電気炉や高周波加熱炉等のいずれを用いてもよいが、成形体も同時に加熱できる手段、例えば、電気炉を用いることが好ましい。成形体を溶浸用合金と同等の温度まで加熱することにより成形体へ均一な溶浸ができ、焼結磁石となる。

具体的な溶浸方法は特に限定されない。例えば、溶浸用合金の融液に成形体を浸漬する方法や、融液を成形体に注ぐ方法、融液に成形体の一部を浸して成形体内に吸い取る方法などのいずれを用いてもよい。ただし、好ましくは、成形体と溶浸用合金とを接触させた状態で、溶浸用合金を溶融する。具体的には、成形体上もしくは下など成形体の周囲に溶浸用合金を接触状態で配置し、これを溶融することが好ましい。
成形体上に溶浸用合金を載置する方法を用いる場合、少なくとも成形体中の空隙を埋めるために必要な量の溶浸用合金を用いればよいが、実用的にはやや過剰の量を用いる。なお、成形体の空隙率は、成形体用合金の組成と成形体密度とから算出することができる。

液相のＲリッチ合金は、成形体を構成する合金の粉末に対して極めて濡れ性が良好であるため、短時間で成形体を構成するスラッジ間の空隙に充填される。このため、保磁力発生に重要なＲリッチ相が磁石中において偏在せず、高保磁力が得られる。しかも、溶浸により製造された磁石の密度はほぼ完全に焼結された磁石の密度と同等となる。換言すれば、磁石外部へ通じる開空孔のほとんどない磁石が得られる。このため、焼結磁石と同様に、Ｎｉめっきや樹脂塗装などにより、十分な防錆効果が得られる。
また、溶浸の前後で成形体の寸法はほとんど変化しないため、溶浸後に寸法調整のための研削加工を行なう必要がない。また、磁界中成形された成形体を用いた場合でも、異方性付与に起因する収縮率差がほとんど生じないので、磁石のクラックや割れを防ぐことができる。

溶浸後の焼結磁石の保磁力および残留磁束密度を高めるためには、溶浸後、さらに昇温を続けて、溶浸用合金の融点より高い温度に保持する熱処理を行なうことが好ましい。この熱処理における保持温度は、溶浸用合金の融点によっても異なるが、好ましくは８００℃以上、より好ましくは９００℃以上である。ただし、磁石の主相となるＲ_２Ｔ_１４Ｂ相の結晶粒成長を抑制するために、保持温度は１０００℃以下とすることが好ましい。この熱処理において、温度保持を行なう時間は、好ましくは０．５〜８時間である。この時間が短すぎると熱処理による効果が不十分となり、長すぎるとＲ_２Ｔ_１４Ｂ相の結晶粒成長が著しくなる。このような熱処理を行なっても、溶浸後の成形体はほとんど収縮しない。なお、上記熱処理は、溶浸後にいったん降温してから行なってもよい。

溶浸後、または上記熱処理後、時効処理を施してもよい。時効処理は、上記熱処理よりは保持温度が低い熱処理であり、時効処理により保磁力を向上させることができる。時効処理の際の保持温度は、好ましくは４００〜８００℃、より好ましくは５００〜７００℃である。また、温度保持時間は、好ましくは０．５〜４時間である。時効処理は、上記熱処理後、冷却した後に施すが、上記熱処理の降温過程において徐冷することにより、時効処理と同等の効果を得ることができる。

なお、溶浸およびその後の熱処理は、溶浸用合金および成形体の酸化を防ぐために、真空中またはＡｒガス等の非酸化性ガス雰囲気中で行なうことが好ましい。

次に、混合法について説明する。
混合法においては、湿式状態にあるスラッジにＲリッチ合金粉末を添加する。Ｒリッチ合金の組成は上述した溶浸用合金と同様とすればよく、またその粒径は１０〜１０００μｍ 、望ましくは５０〜５００μｍの平均粒径とする。平均粒径が小さすぎると、粉末中の酸素量が多くなるためである。一方、平均粒径が大きすぎると、スラッジとの混合が十分ではなく、磁石体中にＲリッチ相が偏析状態になるからである。
Ｒリッチ合金粉末の添加量は、Ｒリッチ合金粉末の組成あるいはスラッジを構成する合金の組成によって変動するが、スラッジとの混合物において５〜４０ｗｔ％、望ましくは１０〜３０ｗｔ％の範囲とする。添加量が少なすぎると保磁力発生のために必要なＲリッチ相の量を確保することができなくなり、添加量が多すぎると主相の量が相対的に不足することにより、残留磁束密度、最大エネルギ積が低下してしまう。

後に行う磁場中成形により得られる成形体において、Ｒリッチ合金粉末はできるだけ均一に分散していることが望ましい。したがって、スラッジ（スラリ）とＲリッチ合金粉末とを充分に混合した後に磁場中成形することが望ましい。混合には、ボールミル等の公知の混合機を用いることができる。この混合は湿式で行われることになる。

スラッジとＲリッチ合金粉末との混合粉末は、磁場中成形に供される。この磁場中成形は、上述した溶浸法の場合と同様に行うことができる。磁場中成形で得られる成形体は、スラッジとＲリッチ合金粉末とを含んでおり、Ｒリッチ合金粉末は成形体中に均一に分散していることがより高い磁気特性、特に保磁力を得る上で望ましい。

磁場中成形で得られた成形体は、次いで焼結に供される。焼結は、真空又は非酸化性ガス雰囲気中で所定温度に加熱保持することにより行われる。焼結条件は、組成、平均粒径と粒度分布の違い等、諸条件により調整する必要があるが、９００〜１２００℃で１〜１０時間程度保持すればよい。

焼結により得られた焼結体は、次いで、時効処理を施すことにより保磁力を向上させることができる。時効処理の際の保持温度は、好ましくは４００〜８００℃、より好ましくは５００〜７００℃である。また、保持時間は、好ましくは０．５〜４時間である。時効処理は、焼結後、冷却した後に施すが、焼結の降温過程において徐冷することにより、時効処理と同等の効果を得ることができる。

時効処理が施された焼結体（焼結磁石）は、所定形状、寸法にするために加工部において種々の加工が施される。加工が施された焼結体は耐食性付与のための表面処理を施した後に製品をなす。

本発明が対象とする焼結磁石は特に限定されず、Ｒ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石（Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴＭはＦｅ、又はＦｅ及びＣｏ）に広く適用することができる。本発明において、ＲはＹを含む概念を有しており、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ及びＹの１種又は２種以上から選択される。さらに、保磁力を改善するために、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｃ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｗ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｂｉ、Ａｇ及びＧａなどの元素を１種又は２種以上を含有することもできる。

Ｒ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石は磁気特性が高いため、本発明を適用することにより、用途によって十分な磁気特性を有する磁石を得ることができる。なお、ここではＲ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石、Ｒ−Ｃｏ系焼結磁石について言及したが、本発明は他の希土類焼結磁石への適用を妨げるものではない。

本発明は、以上の溶浸法、混合法で得られたバルク状の磁石をその形態のまま使用することができるが、バルク体を粉砕して得られた磁石粉末を用いてボンド磁石を製造することもできる。
ボンド磁石を製造する場合、バルク体を粉砕して得られた磁石粉末と結合材とからなるコンパウンドを作製する。結合材としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂又はゴム（エラストマ）を用いることができる。コンパウンドの成形としては、圧縮成形、射出成形、押出成形、圧延を用いることができる。一般的に、熱硬化性樹脂を用いる場合は、室温下でコンパウンドを圧縮成形する。また、熱可塑性樹脂を用いる場合は、加熱下で射出又は押し出し成形する。

次に、本発明の焼結磁石スラッジの再利用方法を実施する好適なシステムについて図面を参照しつつ説明する。
図１は磁石製造システムの構成を示すブロック図である。この磁石製造システム１０は、ストリップ・キャスト、その他の鋳造方法で得られた新たな原料合金を用いて焼結磁石を製造することができる。さらにこの磁石製造システム１０は、新たな原料合金を用いて焼結磁石（第１の磁石）を製造する過程の加工、特に研削加工で生成するスラッジを原料粉末として永久磁石（第２の磁石）を製造することができる。

磁石製造システム１０は、粉砕部１を備えている。この粉砕部１は、上記原料合金を所定の粒径まで粉砕する部分である。粉砕部１における粉砕は、粗粉砕と微粉砕の２段階に分けることができる。粗粉砕は、水素化粉砕又は粗粉砕機により行うことができる。水素化粉砕は、原料合金を常温下で水素含有雰囲気に曝して水素吸蔵させる。水素吸蔵が終了した後に、水素吸蔵が行われた原料合金を加熱保持する脱水素処理が施される。この処理は、永久磁石として不純物となる水素を減少させることを目的として行われる。
粗粉砕はまた、スタンプミル、ジョークラッシャー、ブラウンミル等の粉砕機を用い、不活性ガス雰囲気中にて行なうこともできる。
粗粉砕後、微粉砕に移る。微粉砕では、通常、気流式粉砕機を用いて平均粒径１〜１０μｍ程度まで処理される。なお、成形時の潤滑及び配向性の向上を目的とした脂肪酸又は脂肪酸の誘導体、例えばステアリン酸系やオレイン酸系であるステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド等を微粉砕時に添加することができる。

磁石製造システム１０は、磁場中成形部２を備えている。磁場中成形部２は、粉砕部１で得られた微粉末を所定の磁場を印加しつつ、所定形状に成形する。磁場中成形における成形圧力は０．８〜３ｔｏｎ／ｃｍ^２の範囲とすればよい。成形圧力は成形開始から終了まで一定であってもよく、漸増または漸減してもよく、不規則変化してもよい。成形圧力が低いほど配向性は良好となるが、成形圧力が低すぎると成形体の強度が不足してハンドリングに問題が生じるので、この点を考慮して上記範囲から成形圧力を選択する。磁場中成形で得られる成形体の最終的な相対密度は、通常、５０〜７０％である。また、印加する磁場の強度は、１２〜２０ｋＯｅの範囲から適宜選択すればよい。印加する磁場は静磁場に限らずパルス磁場とすることもできる。その場合、１Ｔ（絶対値）以上の磁場を１０μs〜０．５ｓ印加することが好ましい。
磁場中成形は、加圧方向と磁場印加方向とがほぼ直交するいわゆる横磁場成形法、加圧方向と磁場印加方向とがほぼ一致するいわゆる縦磁場成形法の両者を用いることができる。

磁場中成形により得られた成形体は、焼結部３において真空又は非酸化性ガス雰囲気中で焼結される。焼結条件は、組成、粉砕方法、平均粒径と粒度分布の違い等、諸条件により調整する必要があるが、９００〜１２００℃で１〜１０時間程度焼結すればよい。

焼結により得られた焼結体は、次いで、熱処理部４において熱処理が施される。この熱処理により、希土類永久磁石の保磁力を向上することができる。この熱処理としては、３５０℃以上焼結温度未満の温度で所定時間保持する。Ｒ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石の場合、この熱処理を２段に分けて行うことが有効である。

熱処理が施された焼結体（焼結磁石）は、所定形状、寸法にするために加工部５において種々の加工が施される。加工が施された焼結体は製品をなすか、または耐食性付与のための表面処理を施した後に製品をなす。ここで、加工は切断、研削、ラッピング、面取り等多様なものを含むが、本発明は研削により生成されるスラッジを再利用することを目的としている。

磁石製造システム１０は、研削によって生成したスラッジと研削液とからなるスラリが供給される湿式成形部６を備えている。湿式成形部６は、供給されたスラリに含まれるスラッジを磁場中で成形する機能を有している。湿式成形部６は、例えば、研削液及びスラッジを含むスラリが供給されるダイス及び上下一対のパンチを備え、上パンチに脱水のためのフィルタを備える構成とすることができる。湿式成形部６は、ダイスの周囲にコイル等を含む磁場印加手段を備える。

磁石製造システム１０は、湿式成形部６で得られた成形体にＲリッチ合金を溶浸する溶浸部７を備えている。溶浸は、湿式成形部６で得られた成形体と溶浸用合金であるＲリッチ合金を所定温度に加熱することにより行うため、溶浸部７は熱処理炉から構成することができる。

磁石製造システム１０において、加工部５〜溶浸部７までの一連の処理をバッチ的に行うことができるが、連続的に行うこともできる。例えば、加工部５と湿式成形部６との間にスラッジを連続的に搬送する搬送路を設けることにより、湿式成形部６は研削液とスラッジとからなるスラリの供給を連続的に受ける。さらに、湿式成形部６と溶浸部７との間に成形体を搬送する搬送路を設けることにより、溶浸部７に成形体を連続的に供給する。溶浸部７は供給された成形体に、Ｒリッチ合金を溶浸する。

以上説明した磁石製造システム１０は、スラッジを用いて得られた成形体にＲリッチ合金を溶浸することにより永久磁石を得る例について説明したが、図２に示す磁石製造システム２０に示すように、スラッジを再利用し、かつ焼結により永久磁石を得ることもできる。つまり、磁石製造システム２０は、加工部５で生成されたスラッジを含むスラリにＲリッチ合金粉末を添加、混合するＲリッチ合金添加部８を備えている。Ｒリッチ合金添加部８においてＲリッチ合金粉末が添加されたスラッジを含むスラリは、湿式成形部６に供給され、磁石製造システム１０と同様にして湿式で磁場中成形が行われる。このようにして得られた成形体は、粉末であるスラッジとＲリッチ合金粉末との混合物から構成される。この成形体は、焼結部３にて焼結される、次いで熱処理部４において時効処理が施される。なお、図２において、図１と同様の構成には図１と同様の符号を付している。

以上の磁石製造システム１０及び２０は、スラッジを溶浸による永久磁石又は焼結による永久磁石の原料に用いるものであるが、図３に示す磁石製造システム３０のように、本発明は、ボンド磁石を製造するシステムに適用することができる。磁石製造システム３０は、湿式成形部６で得られた成形体を焼結する焼結部３１及び熱処理部４１を経て得られた焼結体を粉砕する粉砕部１１を備えている。粉砕部１１では、焼結体をボンド磁石用の磁石粉として適するサイズに粉砕する。得られた粉砕粉末は、コンパウンド作製部９１において結合材としての樹脂と混合、攪拌されることによりコンパウンドを構成する。コンパウンド作製部９１にて作製されたコンパウンドは、例えば射出成形等の成形部９２により所定形状に成形される。

３２ｗｔ％Ｎｄ−０．５ｗｔ％Ｃｏ−０．２ｗｔ％Ａｌ−０．０７ｗｔ％Ｃｕ−１．０ｗｔ％Ｂ−残部Ｆｅからなる合金をストリップ・キャスト法により作製した。得られたストリップ・キャスト合金に室温で水素を吸蔵させた後に、５００℃の温度下で脱水素する水素吸蔵・脱水素処理を行った。その後、スタンプミルによる粗粉砕、ジェットミルにより微粉砕を行って平均粒径４．０μｍの粒径の微粉末を得た。なお、ジェットミルによる微粉砕を行う際に、オレイン酸アミドを０．１ｗｔ％添加した。

次いでこの微粉末を、１５ｋＯｅの磁場を印加しつつ１．５ｔ／ｃｍ^２の圧力で磁場中成形した。得られた成形体を１０５０℃で４時間保持することにより焼結した。次いで、得られた焼結体に８００℃×１時間と５３０℃×２．５時間（ともにＡｒ雰囲気中）の２段時効処理を施した。
以上のようにして得られたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の磁気特性は、残留磁束密度（Ｂｒ）が１３．７ｋＧ、保磁力（Ｈｃｊ）が１６ｋＯｅであった。

以上のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を所望の寸法にするためにバーティカル研削機を用いて加工を施した。研削液には防錆剤としてのトリエタノールアミン溶液を加えた水を使用した。
所望の寸法まで約２時間の加工を行い、加工の際に生じたスラッジを回収タンクに収容した。スラッジを研削液に浸漬状態で回収タンクにて保管し、加工終了後スラッジを研削液と一緒に回収タンクから取り出した。取り出したスラッジをろ紙によりろ過することにより、研削液とスラッジとを分離した。このときのスラッジの含水率は２０％程度であった。

以上のスラッジを５ｇ用意し、１２ｍｍ×１０ｍｍのキャビティを有する金型を用いて磁場中成形を行ってスラッジ成形体を作製した。なお、印加磁場は１２ｋＯｅ、成形圧力は１２ｔｏｎ／ｃｍ^２とした。得られたスラッジ成形体の密度は５．４ｇ／ｃｍ^３であった。
成形体の含水率は３％程度である。さらに、成形体を金属製バットに移し、Ａｒガス気流が流れている温度２８℃のグローブボックス中で１２時間保持することにより、水分を蒸発させた。

アーク溶解法で得られた８８Ｎｄ−１２Ｆｅ（ｗｔ％）合金（溶浸用合金、融点６８０℃）を平均粒径が２５０μｍになるまで粉砕した。粉砕はスタンプミルにより行った。粉砕された溶浸用合金粉末を３．５ｇ用意し、１２ｍｍ×１０ｍｍのキャビティを有する金型を用いて成形を行って溶浸用成形体を作製した。なお、成形圧力は３ｔｏｎ／ｃｍ^２である。

スラッジ成形体の上に溶浸用成形体を載せた状態で、９５０℃で２時間保持する溶浸処理を行うとともに、その降温過程の４００℃で２時間保持する時効処理を行った。なお、溶浸処理及び時効処理は、真空雰囲気中で行った。

得られた溶浸部材からなるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の寸法、重量を測定するとともに、密度（ρ）を測定した。また、Ｂ−Ｈトレーサを用いて磁気特性を測定した。その結果を表１に示す。なお、スラッジの状態における保磁力（Ｈｃｊ）を測定したところ、３０００Ｏｅであった。表１に示すように、スラッジからなる成形体にＲリッチ合金を溶浸させることにより、保磁力（Ｈｃｊ）が向上することがわかる。また、溶浸法を用いているため、得られた磁石はスラッジ成形体からの寸法変化が極めて小さく、磁石のニアネットシェイプ化が可能であることがわかる。

実施例１と同様のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用意し、やはり実施例１と同様にバーティカル研削機を用いて加工を施した。研削液には防錆剤としてのトリエタノールアミン溶液を加えた水を使用した。
所望の寸法まで約２時間の加工を行い、加工の際に生じたスラッジを回収タンクに収容した。スラッジを研削液に浸漬状態で回収タンクにて保管し、加工終了後スラッジを研削液と一緒に回収タンクから取り出した。取り出したスラッジをろ紙によりろ過することにより、研削液とスラッジとを分離した。なお、ろ過後のスラッジの含水率は２０％程度であった。

ろ過後のスラッジに対して実施例１で用いたのと同様の８８Ｎｄ−１２Ｆｅ（ｗｔ％）合金粉末（Ｒリッチ合金粉末、融点６８０℃）を２０ｗｔ％添加した後に、ボールミルで０．５時間処理することにより湿式混合した。なお、混合に際してオレイン酸アミドを０．１ｗｔ％添加した。
以上のようにして得られたスラッジとＲリッチ合金粉末との混合物を磁場中成形した。磁場中成形は、１２ｍｍ×１０ｍｍのキャビティを有する金型を用い、印加磁場を１２ｋＯｅ、成形圧力を１２ｔｏｎ／ｃｍ^２の条件とした。

以上のようにして得られた成形体を焼結した。焼結は、真空中、９００℃で２時間保持の条件とした。焼結が完了した後に、４５０℃で１時間保持する時効処理を行った。
得られたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石の寸法、重量を測定するとともに、密度（ρ）を測定した。また、Ｂ−Ｈトレーサを用いて磁気特性を測定した。その結果を表２に示す。なお、スラッジの状態における保磁力（Ｈｃｊ）を測定したところ、３０００Ｏｅであった。表２に示すように、スラッジとＲリッチ合金粉末の混合成形体を焼結することにより、保磁力（Ｈｃｊ）が向上することがわかる。

以上の焼結体を、スタンプミルにより平均粒径２００μｍまで粉砕した。この粉砕粉末とエポキシ樹脂を、粉砕粉末が８０ｖｏｌ％となるように混合した後、プレス成形し、さらに硬化のための熱処理を施してボンド磁石を得た。エポキシ樹脂は粉砕粉末１００重量部に対し３重量部とした。プレス成形の圧力保持時間は１０秒間とし、印加圧力は１０ｔｏｎ/ｃｍ^２とした。また、樹脂硬化のための熱処理は、１５０℃にて２時間行なった。
得られたボンド磁石の磁気特性を、Ｂ−Ｈトレーサを用いて測定した。その結果を表２に示す。

本実施の形態における磁石製造システムの構成を示すブロック図である。 本実施の形態における磁石製造システムの他の構成を示すブロック図である。 本実施の形態における磁石製造システムの他の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，１１…粉砕部、２…磁場中成形部、３，３１…焼結部、４，４１…熱処理部、５…加工部、６…湿式成形部、７…溶浸部、８…Ｒリッチ合金添加部、９１…コンパウンド作製部、９２…成形部、１０，２０，３０…磁石製造システム

Claims (10)

1. 焼結磁石を研削加工して生成されたスラッジを含むスラリを回収するステップと、
   前記スラッジを前記スラリに基づく湿式の状態で磁場中成形して成形体を得るステップとを備えることを特徴とする焼結磁石スラッジの再利用方法。
2. 前記焼結磁石はＲ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石（Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴＭはＦｅ、又はＦｅ及びＣｏ）であり、
   前記スラッジよりもＲの量がリッチなＲリッチ合金を前記成形体中に溶浸して焼結体を得るステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の焼結磁石スラッジの再利用方法。
3. 前記焼結磁石はＲ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石（Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴＭはＦｅ、又はＦｅ及びＣｏ）であり、
   前記スラッジよりもＲの量がリッチなＲリッチ合金粉末を前記スラッジに添加した後に磁場中成形して前記成形体を得た後に、
   前記成形体を焼結して焼結体を得るステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の焼結磁石スラッジの再利用方法。
4. 前記焼結体を粉砕して粉砕粉末を得るステップと、
   前記粉砕粉末と結合材とを含むコンパウンドを作製するステップと、
   前記コンパウンドを所定形状に成形するステップとを備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の焼結磁石スラッジの再利用方法。
5. Ｒ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石（Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴＭはＦｅ、又はＦｅ及びＣｏ）の製造過程で生成されたＲ−ＴＭ−Ｂ系合金粉末から構成される成形体を作製するステップと、
   前記成形体に存在する空隙に所定組成の合金を充填するステップとを備えることを特徴とするＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石の製造方法。
6. 前記所定組成の合金は、前記Ｒ−ＴＭ−Ｂ系合金粉末よりもＲの量がリッチなＲリッチ合金とし、かつ溶融状態で前記成形体に存在する空隙に充填されることを特徴とする請求項５に記載のＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石の製造方法。
7. Ｒ−ＴＭ−Ｂ系焼結磁石（Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、ＴＭはＦｅ、又はＦｅ及びＣｏ）の製造過程で生成されたＲ−ＴＭ−Ｂ系合金粉末と、所定組成の合金粉末との混合物を磁場中で成形して成形体を作製するステップと、
   前記成形体を焼結するステップとを備えることを特徴とするＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石の製造方法。
8. 前記所定組成の合金粉末は、前記Ｒ−ＴＭ−Ｂ系合金粉末よりもＲの量がリッチであることを特徴とする請求項７に記載のＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石の製造方法。
9. 前記Ｒ−ＴＭ−Ｂ系合金粉末は、研削加工により生成されたものであることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載のＲ−ＴＭ−Ｂ系永久磁石の製造方法。
10. 焼結磁石を所定の寸法及び／又は形状に研削加工する加工部と、
    前記加工部から排出される研削液とスラッジを含むスラリを磁場中成形する湿式成形部と、
    前記湿式成形部で得られた成形体を用いて磁石を作製する磁石作製部とを備えることを特徴とする磁石製造システム。

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