JP4212047B2 - 希土類合金粉末の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、希土類焼結磁石等の永久磁石を製造する際に用いられる希土類合金粉末の製造方法及び製造装置に関するものであり、特に、水素吸蔵処理後の冷却時間の短縮及び酸化防止を実現するための技術に関する。

例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石等のＲ−Ｔ−Ｂ系（Ｒは、Ｙを含む希土類元素の１種以上である。Ｍは、Ｆｅを必須とし、その他金属元素を含む。）焼結磁石は、磁気特性に優れていること、主成分であるＮｄが資源的に豊富で比較的安価であること等の利点を有することから、近年、その需要は益々拡大する傾向にある。このような状況から、Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石の磁気特性を向上するための研究開発や、品質の高い希土類焼結磁石を製造するための製造方法の改良等が各方面において進められている。

希土類焼結磁石の製造方法としては、焼結法が一般的であり、溶解→鋳造→合金塊粗粉砕→微粉砕→プレス→焼結の各工程からなるプロセスが広く適用され、ある程度高い磁石特性が得られている（例えば、特許文献１等を参照）。ただし、前述のようなプロセスにより焼結磁石を製造する場合、合金塊粉砕に手間がかかるため生産性が低いという問題がある。

そこで、合金塊の粉砕を容易に行なうために、従来、水素吸蔵粉砕が利用されている。水素吸蔵粉砕では、水素を吸蔵した合金にクラックが生じて自己崩壊的に粉末化が進行する。また、水素吸蔵は、合金の耐酸化性を向上する上でも有効である。水素吸蔵粉砕の後、そこで得られた粉体をさらに機械的に粉砕し、５０〜１０００μｍ程度の粒径に粗粉砕する。

前記水素吸蔵粉砕を行う従来工法としては、例えば箱形容器に原料合金塊を入れ、バッチ炉にて水素吸蔵を行い、次に熱処理の部屋へ搬送して水素を抜き、さらに次の部屋に搬送して冷却を行うという方法が行われている。しかしながら、この従来工法では、原料が撹拌されないため、十分な冷却を行うには長時間を必要とする。また、十分な冷却を行っても、中の温度は高いため、大気中に取り出すと酸化が進むという問題もある。このような状況から、水素吸蔵粉砕からその後の粗粉砕工程までの工程の見直しが進められており、種々の改善案が提案されている（例えば、特許文献１〜３等を参照）。

例えば、特許文献１記載の発明では、バッチ炉にて水素吸蔵させ、それを搬送装置を用いて不活性ガス中で搬送し、さらに不活性ガス中にてロータリー・クーラー等で冷却を行った後、取り出してジェットミル等で粉砕するようにしている。特許文献２記載には、水素粉砕処理手段、粗粉砕処理手段（ロールクラッシャ）、微粉砕処理手段（ジェットミル）、成形手段、焼結手段を有する希土類磁石の製造装置において、粗粉砕処理手段、微粉砕処理手段、成形手段の各手段の間に不活性雰囲気下における取り回し手段（Ｎ２ガスによる搬送路）を有する製造装置が開示されている。ただし、この特許文献２記載の製造装置では、水素粉砕処理手段から粗粉砕処理手段への搬送手段としては、取り回しロボットが使用されている。

連続炉にて水素吸蔵を行う方法もあり、特許文献３には、水素粉砕処理、水素放出処理、冷却処理を縦型環状炉中で行い、水素粉砕された粉末を収納タンクに落下させる製造装置が開示されている。この特許文献３記載の製造装置では、次の粉砕工程（粗粉砕工程や微粉砕工程）への搬送は、収納タンクにより行われている。
特開２００２−３３９００５号公報 特開平６−１０８１０４号公報 特許第３１２０１７２号公報

ところで、例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石に用いられる希土類合金の粉末は、粗粉といえども活性度が高く、酸化し易い。特に、水素吸蔵処理時には、高温に晒される時間が長く、この段階での酸化を防ぎ、得られる希土類磁石の磁気特性を改善することが重要となる。

したがって、水素吸蔵、搬送、冷却、次工程への搬送等、全てを不活性ガス中にて行う必要があり、前記各特許文献に記載される従来工法では、例えば水素粉砕工程（取り回しセル）と粗粉砕工程（ジョークラッシャー）とをＡｒガスが充填された不活性雰囲気で覆うように室内に配置し、この不活性雰囲気室内で取り回しロボット等を用いて粉砕塊の搬送を行うようにしている。

しかしながら、このような方法を採用した場合、装置全体が複雑になり、大型化が避けられない。また、処理時間も長時間が必要になる。あるいは、作業者が装置メンテナンスや品種替え等の理由で前記不活性雰囲気室内へ入るためには、雰囲気交換作業を行う必要がある等、フレキシビリティに欠け、作業に長時間が必要である。さらに、別の収納タンクで破砕塊を搬送するという手段を用いる場合には、例えば水素粉砕炉と収納タンクとの接続部においてガス漏れ（空気≒酸素の混入）が生ずると、粉末が急激な酸化を起こし、発火する等の危険性が残されている。さらにまた、前記いずれの方法も、水素吸蔵粉砕後の冷却時間の短縮についてはほとんど考慮されておらず、処理時間の短縮はほとんど達成されていないのが実情である。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、水素吸蔵処理後の冷却時間を短縮することができ、装置の大型化等を招くことなく、酸化による磁気特性の低下を抑え得る希土類合金粉末の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の希土類合金粉末の製造方法は、希土類元素、金属元素及びホウ素を含む原料合金塊を粉砕して希土類合金粉末とする希土類合金粉末の製造方法であって、水素吸蔵による粉砕処理後の希土類合金粗粉を、圧縮した非酸化性ガスを搬送ガスとして用いた高濃度粉体輸送により冷却しながら粗粉砕工程又は微粉砕工程に移送することを特徴とする。

また、本発明の希土類合金粉末の製造装置は、水素吸蔵により原料合金塊を粉砕する水素吸蔵処理手段と、前記水素吸蔵処理手段により粉砕された希土類合金粗粉を粉砕する粗粉砕手段又は微粉砕手段とを備え、これら水素吸蔵処理手段と粗粉砕手段又は微粉砕手段の間が、圧縮した非酸化性ガスを搬送ガスとして用い前記希土類合金粗粉を冷却しながら移送する高濃度粉体輸送システムにより連結されていることを特徴とする。

本発明においては、水素吸蔵処理（水素粉砕処理）後の希土類合金粗粉を高濃度粉体輸送により粗粉砕工程又は微粉砕工程に移送するようにしている。この高濃度粉体輸送では、高圧の非酸化性ガス（Ａｒのような不活性ガス、あるいは窒素ガス）によって希土類合金粗粉を搬送するものであり、搬送中に希土類合金粗粉を冷却するという作用を有する。したがって、１次冷却を水素吸蔵処理の最終過程で行い、高濃度粉体輸送における搬送中に２次冷却を行うことで、冷却時間が大幅に短縮される。

また、本発明において、水素吸蔵処理後の希土類合金粗粉の搬送等、一連の工程は、非酸化性ガスの閉回路である高濃度粉体輸送システムによって行われ、大気に触れることがないので、酸化による磁気特性の劣化が回避される。しかも、前記高濃度粉体輸送システムは、水素吸蔵処理手段と粗粉砕手段又は微粉砕手段の間に例えば搬送経路（配管）を設置するだけで済み、不活性雰囲気室内や取り回しロボット等は不要であることから、装置構成が極めて簡略化され、また装置の大型化を招くこともない。

本発明によれば、水素吸蔵処理後の冷却時間を大幅に短縮することができ、希土類合金粉末の生産性を大幅に高めることができる。また、本発明によれば、経路を密閉化した閉回路で合金粉末の搬送が行われるので、酸化による磁気特性の低下を抑えることもできる。さらに、高濃度粉体輸送を利用することで、装置の簡略化、小型化を実現することが可能である。

以下、本発明を適用した希土類合金粉末の製造方法及び製造装置について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の製造方法、製造装置において、製造対象となる希土類合金粉末は、例えば希土類焼結磁石の製造に用いられるものである。そこで、先ず、この希土類焼結磁石及びその製造方法について概略説明する。

希土類焼結磁石は、希土類元素、遷移金属元素及びホウ素を主成分とするものである。ここで、磁石組成（合金組成）は、目的に応じて任意に選択すればよい。例えば、Ｒ−Ｔ−Ｂ（Ｒは希土類元素の１種又は２種以上、但し希土類元素はYを含む概念である。ＴはＦｅまたはＦｅ及びＣｏを必須とする遷移金属元素の１種または２種以上であり、Ｂはホウ素である。）系希土類焼結磁石とする場合、磁気特性に優れた希土類焼結磁石を得るためには、焼結後の磁石組成において、希土類元素Ｒが２０〜４０重量％、ホウ素Ｂが０．５〜４．５重量％、残部が遷移金属元素Ｔとなるような配合組成とすることが好ましい。ここで、Ｒは、希土類元素、すなわちＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ及びＬｕから選ばれる１種、または２種以上である。中でも、Ｎｄは、資源的に豊富で比較的安価であることから、主成分をＮｄとすることが好ましい。また、Ｄｙの含有は異方性磁界を増加させるため、保磁力Ｈｃｊを向上させる上で有効である。

あるいは、添加元素Ｍを加えて、Ｒ−Ｔ−Ｂ−Ｍ系希土類焼結磁石とすることも可能である。この場合、添加元素Ｍとしては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｃ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｗ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｂｉ、Ｇａ等を挙げることができ、これらの１種または２種以上を選択して添加することができる。これら添加元素Ｍの添加量は、残留磁束密度等の磁気特性を考慮して、３重量％以下とすることが好ましい。添加元素Ｍの添加量が多すぎると、磁気特性が劣化するおそれがある。

勿論、これら組成に限らず、希土類焼結磁石として従来公知の組成全般に適用可能であることは言うまでもない。

上述の希土類焼結磁石を製造するには、粉末冶金法が採用される。以下、希土類焼結磁石の粉末冶金法による製造方法について説明する。

図１は、粉末冶金法による希土類焼結磁石の製造プロセスの一例を示すものである。この製造プロセスは、基本的には、合金化工程１、粗粉砕工程２、微粉砕工程３、磁場中成形工程４、焼結工程５、時効工程６、加工工程７、及び表面処理工程８とにより構成される。なお、酸化防止のために、時効後までの各工程は、ほとんどの工程を真空中、あるいは非酸化性ガス雰囲気中（窒素雰囲気中、Ａｒ雰囲気中等）で行う。

合金化工程１では、原料となる金属、あるいは合金を磁石組成に応じて配合し、真空あるいは不活性ガス、例えばＡｒ雰囲気中で溶解し、鋳造することにより合金化する。鋳造法としては、溶融した高温の液体金属を回転ロール上に供給し、合金薄板を連続的に鋳造するストリップキャスト法（連続鋳造法）が生産性等の観点から好適であるが、本発明はそれに限ったものではない。原料金属（合金）としては、純希土類元素、希土類合金、純鉄、フェロボロン、さらにはこれらの合金等を使用することができる。凝固偏析を解消すること等を目的に、必要に応じて溶体化処理を行ってもよい。溶体化処理の条件としては、例えば真空またはＡｒ雰囲気下、７００〜１５００℃領域で１時間以上保持する。

合金は、ほぼ最終磁石組成である単一の合金を用いても良いし、最終磁石組成になるように、組成の異なる複数種類の合金を混合しても良い。混合は、合金・原料粗粉・原料微粉のどの工程でもよいが、混合性を考慮すると合金での混合が望ましい。

粗粉砕工程２では、先ず、鋳造した原料合金の薄板、あるいはインゴット等をある程度粉砕して、合金塊とし、水素吸蔵に供する。合金塊の寸法、形状に特に制限はないが、５〜１００ｍｍ角程度とすることが好ましい。この粉砕は、例えばジョークラッシャ等により行えばよい。

粗粉砕工程２では、前記合金塊に対して水素吸蔵させ、粉砕を行う。原料合金塊に水素を吸蔵させると、相によって水素吸蔵量が異なり、これにより表面から自己崩壊的に粉砕が進行する。粗粉砕工程２では、前記水素吸蔵処理の後、熱処理により合金粉末の脱水素を行い、脱水素後の合金粉末を冷却して取り出す。

前述の粗粉砕工程２が終了した後、通常、粗粉砕した原料合金粉末に粉砕助剤を添加する。粉砕助剤としては、例えば脂肪酸系化合物等を使用することができるが、特に、脂肪酸アミドを粉砕助剤として用いることで、良好な磁気特性を有する希土類焼結磁石を得ることができる。粉砕助剤の添加量としては、０．０３〜０．４重量％とすることが好ましい。この範囲内で粉砕助剤を添加した場合、焼結後の残留炭素の量を低減することができ、希土類焼結磁石の磁気特性を向上させる上で有効である。

粗粉砕工程２の後、微粉砕工程３を行うが、この微粉砕工程３は、例えばジェットミルを使用して行われる。微粉砕の際の条件は、用いる気流式粉砕機に応じて適宜設定すればよく、原料合金粉末を平均粒径が１〜１０μｍ程度、例えば３〜６μｍとなるまで微粉砕する。ジェットミルは、高圧の非酸化性ガス（例えば窒素ガス）を狭いノズルより開放して高速のガス流を発生させ、この高速のガス流により粉体の粒子を加速し、粉体の粒子同士の衝突や、衝突板あるいは容器壁との衝突を発生させて粉砕する方法である。ジェットミルは、一般的に、流動層を利用するジェットミル、渦流を利用するジェットミル、衝突板を用いるジェットミル等に分類される。

微粉砕工程３の後、磁場中成形工程４において、原料合金微粉を磁場中にて成形する。具体的には、微粉砕工程３にて得られた原料合金微粉を電磁石を配置した金型内に充填し、磁場印加によって結晶軸を配向させた状態で磁場中成形する。磁場中成形は、縦磁場成形、横磁場成形のいずれであってもよい。この磁場中成形は、例えば８００〜１５００ｋＡ／ｍの磁場中で、１３０〜１６０ＭＰａ前後の圧力で行えばよい。

次に焼結工程５・時効工程６において、焼結及び時効処理を実施する。すなわち、焼結工程５は原料合金微粉を磁場中成形後、成形体を真空または非酸化性ガス雰囲気中で焼結する。焼結温度は、組成、粉砕方法、粒度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、例えば１０００〜１１５０℃で５時間程度焼結すればよく、焼結後、急冷することが好ましい。焼結後、得られた焼結体に時効処理を施すことが好ましい。この時効工程６は、得られる希土類焼結磁石の保磁力Ｈｃｊを制御する上で重要な工程であり、例えば非酸化性ガス雰囲気中あるいは真空中で時効処理を施す。時効処理としては、２段時効処理が好ましく、１段目の時効処理工程では、８００℃前後の温度で１〜３時間保持する。次いで、室温〜２００℃の範囲内にまで急冷する第１急冷工程を設ける。２段目の時効処理工程では、５５０℃前後の温度で１〜３時間保持する。次いで、室温まで急冷する第２急冷工程を設ける。６００℃近傍の熱処理で保磁力Ｈｃｊが大きく増加するため、時効処理を一段で行う場合には、６００℃近傍の時効処理を施すとよい。

前記焼結工程５・時効工程６の後、加工工程７及び表面処理工程８を行う。加工工程７は、所望の形状に機械的に成形する工程である。表面処理工程８は、得られた希土類焼結磁石の酸化を抑えるために行う工程であり、例えばメッキ被膜や樹脂被膜を希土類焼結磁石の表面に形成する。

以上の希土類焼結磁石の製造プロセスにおいて、本発明では、次のような製造方法、製造装置を用い、粗粉砕（水素吸蔵粉砕）を行うとともに、得られた希土類合金粗粉を次の工程、例えば機械的粗粉砕工程や微粉砕工程へ搬送する。以下、本発明を適用した製造方法、製造装置の一例について説明する。

図２は、本発明を適用した製造装置の一例を示すものである。この製造装置は、水素吸蔵手段としての水素吸蔵装置１１と、原料受けホッパ１２と、高濃度粉体輸送システムとしての高濃度粉体輸送装置１３とを備え、水素吸蔵装置１１から排出される合金粗粉を原料受けホッパ１２で受け、この原料受けホッパ１２内の合金粗粉を高濃度粉体輸送装置１３により、次の工程（図示は省略する。）、例えば粗粉砕手段としてのジョークラッシャー等の機械的粉砕による粗粉砕工程、あるいは微粉砕手段としてのジェットミル等の気流粉砕による微粉砕工程へと搬送する。

ここで、水素吸蔵装置１１は、容器内で原料合金塊に水素吸蔵させた後、真空中または不活性ガス雰囲気中で熱処理し、次いで容器に運動を与えることにより粉砕を行うものであり、例えば図３に示すように、合金塊に水素を吸蔵させ破砕もしくは粉砕し合金粉末とする水素吸蔵部２１と、水素吸蔵した合金粉末を加熱し脱水素する熱処理部２２と、脱水素した合金粉末を除熱する冷却部２３とを備えている。そして、これら水素吸蔵部２１、熱処理部２２、冷却部２３は、同一の円筒容器の中心軸に沿って配置されている。

これら水素吸蔵部２１、熱処理部２２及び冷却部２３を一体化した一体容器は、その中心軸が概ね水平となるように架台（図示は省略する。）上に支持されている。そして、中心軸を軸とする回転運動する構造となっている。また、容器を支持する架台には、水素吸蔵部２１側をジャッキアップする機構が取り付けられている。これにより、各部間（水素吸蔵部２１から熱処理部２２、熱処理部２２から冷却部２３）における合金粉末の移動補助をすることができる。

水素吸蔵部２１、熱処理部２２及び冷却部２３を一体化した一体容器には、入口側にガス導入管２４が接続され、水素供給機構として水素導入管２５及び不活性ガス供給機構としてＡｒ導入管２６が挿入されている。一方、出口側には、排気管２７が接続されており、容器内の空気、水素ガス、不活性ガス（Ａｒガス）等の排気を行うようにしてある。また、水素吸蔵部２１、熱処理部２２及び冷却部２３を一体化した容器は、図４に示すように、モータ３４及びチェーン３５により正逆双方向に回転可能とされている。モータ３４は、例えばインバータにより回転方向、回転数が制御される。

水素吸蔵部２１は、合金塊に水素を吸蔵させる領域であり、その内周面に容器中心軸を軸とする溝状若しくはフィン状の螺旋部２８が形成されている。したがって、回転方向により、螺旋部２８の作用で合金塊を滞留させたり、払い出しすることが可能である。また、水素吸蔵部２１には、水素吸蔵に伴う発熱を抑えることを目的に、上部に冷却水を散布するシャワー２９が設けられていてもよい。

熱処理部２２は、加熱により合金粉末の脱水素を行う領域であり、外側に電熱体３１が複数配置されており、容器外側から合金粉末を加熱する構造となっている。本例では、電熱体３１として、熱処理部３２の両側面、並びに上面に加熱する手段としてパネル状の抵抗加熱ヒータが３組配置され、容器内が均一な温度になるように制御されている。

また、熱処理部２２においては、容器内周面に容器の中心軸に向かい突出する複数の突出部３０が形成されている。これら複数の突出部３０は、任意の配置関係であってよく、例えば図５に示すように、それぞれが９０度づつずらした関係にある４枚の突出部３０を形成したり、図３のように中心軸方向に千鳥状に複数組配置しても良い。突出部３０の形状も、棚状のもの等、合金粉末が撹拌されるような形状であれば任意形状でよい。

冷却部２３は、脱水素後の合金粉末を冷却して払い出すための領域であり、先の水素吸蔵部２１と同様、容器内周面に容器中心軸を軸とする溝状若しくはフィン状の螺旋部３２が形成されている。ただし、この螺旋部３２の螺旋の方向は、水素吸蔵部２１の螺旋部２８の螺旋の方向とは逆である。

今回使用した容器の冷却部２３には、図示していないが中心軸の円周上に配置した中心軸を公転する（自転はしない。）６本の小円筒が設置されており、熱処理部２２から合金粉末が分割供給されるように溝状若しくはフィン状の螺旋部３２が形成されている。各々の小円筒内に設けられた溝状若しくはフィン状の螺旋部３２によって、合金粉末は撹拌移動しながら冷却される。さらに、各小円筒の外周には放熱フィンが複数設けられるとともに、この部分の冷却部２３上に冷却水を散布するシャワー３３が設置されている。

前述の構成の水素吸蔵装置１１において、水素吸蔵による粗粉砕に際しては、図６に示すように、先ず、合金塊を円筒形状のステンレス製容器である水素吸蔵部２１に封入する（原料投入工程：ステップＳ１）。原料投入後、ほぼ真空にまで排気（真空引き工程：ステップＳ２）した後、次いで、水素ガスを導入する（水素導入工程：ステップS３）。このとき、水素吸蔵部２１内の圧力は、大気圧より若干高めに設定する。

そして、この雰囲気を維持しながら容器の中心軸（円筒軸）を軸とする回転運動をさせ、合金塊に水素を吸蔵させながら破砕ないし粉砕を進める。水素吸蔵部２１の内周面には、容器の中心軸を軸とする溝状若しくはフィン状の螺旋部２８が形成されており、水素導入中は水素吸蔵部２１に合金塊もしくは合金粉末を滞留（貯留）させるべく逆回転させる（ステップＳ４）。

なお、水素吸蔵工程における合金塊の保持温度は、０〜２００℃とすることが好ましい。したがって、温度が上昇し過ぎた場合には、シャワー１９から冷却水を散布する。また、水素吸蔵工程の処理時間は、特に限定されないが、通常、０．５〜５時間程度とすることが好ましい。

その後、水素吸蔵部２１を正回転させることにより、水素吸蔵部２１中の合金粉末Ｍを溝状若しくはフィン状の螺旋部２８の作用により熱処理部２２へ移動させる（ステップＳ５）。このとき、容器を支持する架台を傾斜させる（熱処理部２２側の容器を下降させる）ことにより、合金粉末Ｍの移動補助をすると良い。

水素吸蔵の後、熱処理部２２では、容器内の水素ガスを排気するようにＡｒ（この他の不活性ガスでもよい。）を導入しつつ（ステップＳ６）、熱処理部２２内の合金粉末Ｍの温度が６００℃程度になるようにヒータ３１で加熱して、この温度を維持しながら合金粉末から水素ガスを放出させる（ステップＳ７）。

前記Ａｒガスの導入は、不活性ガス供給機構であるＡｒ導入管２６により行い、熱処理部２２内に大気圧以上の圧力でＡｒガスを流す。供給するＡｒガスを大気圧以上とすることで、熱処理部２２内に周囲の空気が浸入することを防止することができる。また、Ａｒガスを流し、排気管２７から順次排気することで、合金粉末から放出される水素も順次排出され、効率的な脱水素が可能となる。

熱処理工程は、合金粉末Ｍから水素を放出させる工程であり、吸蔵した水素の５０％〜９０％程度を放出するような熱処理を行うことが好ましい。熱処理工程は、本実施形態のように、水素吸蔵工程に引き続いて連続的に行うことが好ましい。熱処理条件に特に制限はないが、合金粉末からの水素除去を効率的に行うためには、２００〜８００℃にて０．５〜５時間の熱処理を行うことが好ましい。

熱処理工程中は、水素吸蔵部２１、熱処理部２２及び冷却部２３を一体化した容器を正回転させる。水素吸蔵部２１の螺旋部２８と冷却部２３の螺旋部３２の螺旋の方向が逆であるので、正回転させると、水素吸蔵部２１の螺旋部２８は、合金粉末を図３中左方向に移動させるように作用し、一方、冷却部２３の螺旋部３２は、合金粉末を図３中右方向に滞留させるように作用する。したがって、これらの作用によって、合金粉末は熱処理工程中は熱処理部２２に滞留する。

ここで、熱処理部２２には、棚板状の突出部３０が形成されているので、粉砕が促進され、水素の放出が促進される。すなわち、熱処理部２２に合金粉末が滞留している間、円筒形状の容器である熱処理部２２は回転しており、熱処理部２２内の合金粉末は複数の突出部３０により破砕ないし粉砕させながら脱水素が行われる。このとき、残存する合金塊や崩落した合金粉末には突出部３０により加速度が与えられるので、これらは熱処理部２２内において頻繁に移動して相互に接触ないし衝突し、また熱処理部２２の内壁あるいは突出部３０とも接触ないし衝突する。その結果、熱処理部２２内への合金粉末の投入量が多く、熱処理部２２内における合金粉末の占める割合が高くても、合金粉末は均一に加熱される。このため、装置の大きさに対して処理能力を大幅に向上させることができる。また、熱処理部２２においても合金粉末の破砕ないし粉砕はさらに進行し、合金塊をほぼ完全に粉末化することが可能である。その後、熱処理部２２内の温度が１００℃程度になるように冷却させる。このとき合金粉末Ｍは２００℃程度まで冷却すればよい。

前記熱処理部２２における熱処理後、最後に、水素吸蔵部２１、熱処理部２２及び冷却部２３を一体化した容器を逆回転させ、脱水素を行った合金粉末を熱処理部２２から冷却部２３に移動させる（ステップＳ８）。冷却部２３では、空冷、水冷、油冷、冷却ガスの何れか、もしくはこれらの組み合わせにより合金粉末を冷却して、次工程（微粉砕工程）へ移動させる（ステップＳ９）。合金粉末は、１次冷却として、５０℃以下まで冷却することにより安定化させることが好ましい。

冷却部２３には、溝状若しくはフィン状の螺旋部３２を水素吸蔵部２１とは逆方向に形成してある。したがって、逆回転させることにより、冷却部２３中の溝状若しくはフィン状の螺旋部３２により、合金粉末は冷却部２３を通過し、温度を下げられた後、排気管２７側の排出部から払い出される。このとき、容器を支持する架台を傾斜させる（排気管２７側へ容器を下降させる）ことにより、合金粉末の移動補助をすると良い。

水素吸蔵装置１１の冷却部２３から排出された合金粗粉は、原料受けホッパ１２へと落とし込まれ、高濃度粉体輸送装置１３によって粗粉砕工程、あるいは微粉砕工程へと搬送される。水素吸蔵装置１１からは、水素吸蔵粉砕された合金粗粉が一定量ずつ連続排出されるわけではなく、いわばバッチ式のように一定時間おきに所定量の合金粗粉が排出されることになる。したがって、原料受けホッパ１２は、バッファの役割を果たすものであり、ここで高濃度粉体輸送装置１３への粉体供給量を調整することになる。勿論、原料受けホッパ１２を備えず、水素吸蔵装置１１から高濃度粉体輸送装置１３へ直接粉体を供給する構成であっても構わない。なお、本例においては、水素吸蔵装置１１の出口側に排出量調整弁１４が設けられており、この排出量調整弁１４と原料受けホッパ１２の協働によって、高濃度粉体輸送装置１３へ合金粗粉を安定供給するように構成されている。

高濃度粉体輸送装置１３は、例えば図７に示すように、前記原料受けホッパ１２からの合金粗粉が導入されるブロータンク４１と、圧縮気体導入管４２と、搬送される合金粗粉の搬送経路となる配管４３とから構成される。

このような構成の高濃度粉体輸送装置１３では、原料受けホッパ１２から導入された合金粗粉は、先ずブロータンク４１内に落とし込まれる。ブロータンク４１では、輸送物である原料合金粉が流動状態とされ、圧縮気体導入管４２から導入される圧縮気体、ここでは非酸化性ガスと共に搬送経路である配管４３中に吹き出し輸送される。高濃度粉体輸送装置１３による輸送状態としては、粉体が分散して飛散する低濃度浮遊流形や、ある程度群になってしゅう動する高濃度しゅう動形等があるが、合金粗粉の輸送では、前記輸送状態は、プラグ状でのしゅう動（高濃度しゅう動形）となる。

圧縮気体導入管４２から導入される搬送ガスは、合金粗粉の酸化防止の観点から、非酸化性ガスであることが好ましく、例えば酸素濃度が３０００ｐｐｍ以下、好ましくは１０００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１００ｐｐｍ以下の窒素ガスを用いる。勿論、Ａｒガス等の不活性ガスを用いることもできるが、コストの点からは窒素ガスが現実的である。搬送ガスは、０．２５〜０．７ＭＰａの圧力で供給することが好ましく、これにより前記プラグ状でのしゅう動による搬送を実現することができる。供給する搬送ガスの圧力が前記値を下回ると、合金粗粉の円滑な搬送が難しくなるあるいは合金粗粉が配管内で閉塞するおそれがあるので望ましくない。また、供給する搬送ガスの圧力が前記値を上回ると、合金粗粉の輸送スピードが上がり合金粗粉の磨耗が助長されるおそれがあるので望ましくない。

前記高濃度粉体輸送装置１３による搬送では、合金粗粉が気流とともに搬送されるので、搬送過程においてある程度冷却されることになる。そこで、本発明では、この搬送の際の冷却を２次冷却として利用する。前記水素吸蔵装置１１の冷却部２３における冷却を１次冷却とし、搬送の際の冷却を２次冷却とすれば、水素吸蔵による粉砕後の合金粗粉を短時間のうちに冷却することが可能である。

ただし、前記搬送の際の冷却を効率的に行うためには、圧縮気体導入管４２から導入する搬送ガスを冷却するか、搬送経路（配管４３）を冷却することが好ましい。搬送ガスを冷却する場合、搬送ガスの温度としては、２５℃以下とすることが好ましい。搬送ガスの温度を２５℃以下にするには、予め搬送ガスを冷却しておけばよいが、例えば、液体窒素を気化した窒素ガスを用いることが簡易である。搬送経路（配管４３）を冷却する場合、空冷、水冷、油冷等の手段により、配管４３の外側から冷却すればよい。

前述の高濃度粉体輸送装置１３による搬送は、大気と接触することのない非酸化性ガスの閉回路で行われるため、合金粗粉の酸化を確実に抑制することができ、合金粗粉に含まれる酸素含有量を低減することができる。また、水素吸蔵から冷却、次工程への搬送に要する処理時間を大幅に短縮することができる。前記酸素含有量の低減は、これを用いて作製される希土類焼結磁石の磁気特性の改善にも貢献する。

高濃度粉体輸送装置１３による搬送では、不活性雰囲気室等、特別な手段を用いる必要がないため、装置全体が複雑になることがなく、大型化することもない。また、装置メンテナンスや品種替え等の自由度が増し、作業時間の短縮に貢献する。さらに、急激な酸化により発火等を起こす可能性のある工程を削減できるので、安全性の点でも有利である。

以下、本発明の具体的実施例について、実験結果を基に説明する。

（水素吸蔵粉砕）
重量百分率でＮｄ３１．５％、Ｄｙ１．５％、Ｂ１．１％、Ａｌ０．３％、残部Ｆｅなる組成を有するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石用合金塊を用意し、水素吸蔵装置に投入した。合金塊を水素吸蔵装置（円筒状のステンレス製容器）の水素吸蔵部２１に封入し、ほぼ真空にまで排気した後、装置内に水素ガスを導入し、容器内圧力を１気圧とした。そして、この雰囲気を維持しながら、容器の中心軸（円筒軸）を回転軸として１時間回転運動をさせ、合金塊に水素を吸蔵させた。次に、水素を吸蔵させた合金塊を熱処理部２２へ移動させ、水素ガスを排気するように容器内にＡｒを導入しつつ、容器内の合金塊の温度が６００℃になるようにヒータで加熱し、この温度を維持しながら合金塊から水素ガスを放出させた。

（比較例）
以上のようにして粉砕された合金粗粉を冷却部２３に移動し、冷却を行った。冷却部２３では、不活性ガスを導入しながらファンにて合金粗粉を撹拌した。

（実施例）
以上のようにして粉砕された合金粗粉を冷却部２３に移動して１次冷却を行い、ある程度温度が下がったところで高濃度粉体輸送装置により搬送し、２次冷却を行った。搬送ガスとしては、温度２５℃以下の窒素ガスを用いた。

（評価）
比較例、実施例について、冷却時間と原料温度（合金粗粉温度）の関係を調べた。なお、原料温度の測定は、冷却部２３の外側、冷却部内部について行い、実施例では粉体輸送後についても測定した。結果を表１に示す。

この表から明らかなように、従来の工程（比較例）では、冷却部内部の温度を常温にするのに１０時間以上を要している。これに対して、高濃度粉体輸送装置による搬送を組み合わせることで、前記冷却部２３での冷却は２．５〜５時間程度行えばよく、粉体輸送後には常温である２０℃にすることができた。したがって、本発明によれば、水素吸蔵、冷却、次工程への搬送に要する処理時間を大幅に短縮できることがわかる。

希土類焼結磁石の製造プロセスの一例を示すフロー図である。 本発明を適用した製造装置の一構成例を模式的に示す図である。 水素吸蔵装置の一例を模式的に示す側面図である。 水素吸蔵部の内部構造を示す断面図である。 熱処理部の内部構造を示す断面図である。 水素吸蔵装置における粗粉砕工程を工程順に示すフロー図である。 高濃度粉体輸送装置の一例を示す側面図である。

符号の説明

１１ 水素吸蔵装置、１２ 原料受けホッパ、１３ 高濃度粉体輸送装置、２１ 水素吸蔵部、２２ 熱処理部、２３ 冷却部、２５ 水素導入管、２６ Ａｒ導入管、２８ 螺旋部、３０ 突出部、３１ 電熱体、３２ 螺旋部、４１ ブロータンク、４２ 圧縮気体導入管、４３ 配管

Claims (11)

1. 希土類元素、金属元素及びホウ素を含む原料合金塊を粉砕して希土類合金粉末とする希土類合金粉末の製造方法であって、
   水素吸蔵による粉砕処理後の希土類合金粗粉を、圧縮した非酸化性ガスを搬送ガスとして用いた高濃度粉体輸送により冷却しながら粗粉砕工程又は微粉砕工程に移送することを特徴とする希土類合金粉末の製造方法。
2. 前記非酸化性ガスの温度を２５℃以下とすることを特徴とする請求項１記載の希土類合金粉末の製造方法。
3. 前記非酸化性ガスとして、液体窒素を気化した窒素ガスを用いることを特徴とする請求項２記載の希土類合金粉末の製造方法。
4. 前記高濃度粉体輸送による搬送経路を冷却することを特徴とする請求項２記載の希土類合金粉末の製造方法。
5. 前記水素吸蔵による粉砕処理に際しては、容器内で原料合金塊に水素吸蔵させた後、真空中または不活性ガス雰囲気中で熱処理するとともに、前記水素吸蔵時や熱処理時に容器に運動を与えることにより粉砕を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の希土類合金粉末の製造方法。
6. 一体容器を水素吸蔵部において原料合金塊が滞留する方向に逆回転しながら水素吸蔵を行った後、正回転させて水素吸蔵部から合金粉末を熱処理部に移動させ、さらに、正回転させながら熱処理部において熱処理を行った後、再び逆回転させることにより合金粉末を冷却部に移動させ、冷却して排出することを特徴とする請求項５記載の希土類合金粉末の製造方法。
7. 前記冷却部における冷却を一時冷却とし、前記高濃度粉体輸送するための搬送経路において２次冷却を行うことを特徴とする請求項６記載の希土類合金粉末の製造方法。
8. 水素吸蔵により原料合金塊を粉砕する水素吸蔵処理手段と、前記水素吸蔵処理手段により粉砕された希土類合金粗粉を粉砕する粗粉砕手段又は微粉砕手段とを備え、
   これら水素吸蔵処理手段と粗粉砕手段又は微粉砕手段の間が、圧縮した非酸化性ガスを搬送ガスとして用い前記希土類合金粗粉を冷却しながら移送する高濃度粉体輸送システムにより連結されていることを特徴とする希土類合金粉末の製造装置。
9. 前記高濃度粉体輸送システムは、水素吸蔵による粉砕処理後の希土類合金を貯留するブロータンクを備え、前記ブロータンクには圧縮気体導入管並びに搬送経路が連結されていることを特徴とする請求項８記載の希土類合金粉末の製造装置。
10. 前記搬送経路に冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項９記載の希土類合金粉末の製造装置。
11. 前記高濃度粉体輸送システムは、水素吸蔵処理手段との間に前記水素吸蔵処理手段から排出される希土類合金粗粉を貯留する原料受けホッパが設けられていることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の希土類合金粉末の製造装置。

Images