JP5365996B2 - 希土類焼結磁石の加工装置 - Google Patents
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Description
本発明は、希土類焼結磁石の加工装置に関する。
希土類焼結磁石は、所定組成の磁性合金を粉砕して形成した合金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。現在、希土類焼結磁石としては、サマリウム・コバルト系磁石とネオジム・鉄・ホウ素系磁石の二種類が各分野で広く用いられている。なかでもネオジム・鉄・ホウ素系磁石は、種々の磁石の中で最も高い磁気エネルギー積を示し、各種電子機器へ採用されている。希土類焼結磁石は、その磁気特性が高いため、一般的には小型軽量化を目的とする電子機器に多用されるが、エレベータやエスカレータ用の大型モータなどにおいても使用されるようになってきており、最近では大型平板状の希土類焼結磁石も作製されている。
焼結工程および時効工程を経て作製された希土類焼結磁石（以下、単に「希土類磁石」と称する。）は、その後所定の形状に加工される。所定の形状への加工には、通常、姿回転砥石が用いられている。回転砥石は、平板状希土類磁石の加工には、加工面が平坦なものを使用するが、弓形形状希土類磁石の加工には、加工面が凹面又は凸面等の所謂姿砥石を用いる。以下の説明においては、平板状希土類磁石の加工について説明する。図３に回転砥石を配置した従来技術の加工装置１１を示す。
加工装置１１は、搬送路１２と、回転砥石（以下、単に「砥石」と称する。）１３と、搬送路１２上に希土類磁石１４を移動させるための駆動装置１７と、砥石１３と希土類磁石１４との接触部にクーラント（冷却液）を供給するクーラント供給管１８とを備えている。駆動装置１７は、駆動ロール１５と搬送ベルト１６を有し、駆動ロール１５を図中矢印方向に回転することで搬送ベルト１６にて希土類磁石１４を押圧しつつ該希土類磁石１４を砥石１３が配置される方向（図中白抜き矢印方向）に移動させる。砥石１３は、回転軸１９に固定され、回転軸１９と連結している回転モータ（不図示）により図中矢印方向（希土類磁石１４の移動を妨げる方向）に回転する。
希土類磁石１４は、上述の通り、駆動装置１７によって砥石１３が配置されている方向に搬送路１２上を移動する。回転する砥石１３は、搬送路１２と砥石１３との間を希土類磁石１４が移動するとき、砥石１３と接する希土類磁石１４表面を加工（研磨）する。加工が完了した希土類磁石１４は、砥石１３から排出され、砥石１３の下流側に搬送路１２上を移動する。
図３に記載の加工装置１１にて希土類磁石１４を加工すると、希土類磁石１４が砥石１３に接する際に、該希土類磁石１４の搬送路１２表面側の先端角部に下方向への押圧力が加わる。工業規模の量産においては、このような状態が連続的に発生するため、前記希土類磁石１４の先端角部が搬送路１２に食い込み、図３のＢ部において、図４に拡大して示すように搬送路１２表面に凹部２３ができてしまう。
これは、希土類磁石１４が搬送路１２の材料よりも硬度が高いことが一要因となっていると考えられる。
搬送路１２に凹部２３が形成されたままであると、加工が完了した希土類磁石１４を搬送路１２上水平方向にスムーズに押し出せなくなり、希土類磁石１４を連続して加工することができなくなる。
従来技術では、加工完了後の希土類磁石を搬送路上をスムーズに移動させるため、例えば、特許文献１に記載のように砥石の回転方向に着目し、砥石の回転方向を、希土類磁石を下流への搬送を補助する方向に回転するとともに、希土類磁石搬送用の駆動装置（搬送手段）を、砥石の上流側だけでなく砥石の下流側にも設け、該下流側にて希土類磁石を押圧することで搬送速度を安定させる加工装置（研削装置）が提案されている。
特許文献1の加工装置によって、一時的に希土類磁石加工時に搬送速度を安定させることは可能になったものの、希土類磁石が砥石に接する際に発生する下方向への押圧力を要因とする搬送路の平滑性低下（凹部発生）を防ぐことは困難であり、工業規模の量産において、長期間生産性よく希土類磁石を加工することは困難であった。
本発明者は、搬送路での凹部の発生をなくすために、希土類磁石より硬い材料である超硬合金を搬送路の材料に用いることを検討した。しかし、超硬合金を用いれば凹部の発生低減は可能であるが、搬送路の摺動性を高めるための平滑な研磨が極めて困難であり、実用性がないことが分かった。
さらに、超硬合金からなる搬送路に摺動性向上を目的にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）を被膜してみたが、希土類磁石が下方向への押圧力が加わった状態にて搬送路上を摺動すると前記ＤＬＣ膜はすぐに剥がれてしまった。
本発明の目的は、上記問題点を解決し、希土類磁石の加工装置において、希土類磁石を長期間にわたって連続加工しても搬送路に凹部が発生せず、生産性よく加工精度の高い希土類磁石を加工できる加工装置の提供を目的とするものである。
本発明による希土類磁石の加工装置は、回転砥石と、希土類磁石を移動する搬送路を有し、前記砥石と搬送路との間を移動する希土類磁石を加工する希土類磁石の加工装置において、少なくとも搬送路の回転砥石直下の部位が超硬合金からなる基材の上にＣｒＮ（窒化クロム）、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）の順に層を有することを特徴とする希土類磁石の加工装置である。
好ましい実施形態において、超硬合金からなる基材の上に形成されるＣｒＮ、ＤＬＣの層の合計厚さは、２μｍ以上２０μｍ以下である。
好ましい実施形態において、超硬合金からなる基材の上に形成されるＣｒＮ、ＤＬＣの層の厚さ比は、ＣｒＮ：ＤＬＣで１：１から５：１である。
本発明は、希土類磁石の長期にわたる連続加工にておいても加工装置を構成する搬送路に凹部が形成されず、平滑でかつ摺動性の優れた搬送な面を保ち、生産性よく加工精度の高い希土類磁石を加工できる加工装置を提供することができる。
［加工装置］
図１を参照しながら、本実施形態に係る希土類磁石の加工装置の構成を説明する。加工装置１は、搬送路２と、砥石３と、搬送路上に希土類磁石４を移動させるための駆動装置７と、砥石３と希土類磁石４との接触部にクーラント（冷却液）を供給するクーラント供給管８とを備えている。駆動装置７は、駆動ロール５と搬送ベルト６を有し、駆動ロール５を図中矢印方向に回転することで搬送ベルト６にて希土類磁石４を押圧しつつ該希土類磁石４を砥石３が配置される方向（図中白抜き矢印方向）に移動させる。砥石３は、回転軸９に固定され、回転軸９と連結している回転モータ（不図示）により図中矢印方向（希土類磁石４の移動を妨げる方向）に回転する。
図１を参照しながら、本実施形態に係る希土類磁石の加工装置の構成を説明する。加工装置１は、搬送路２と、砥石３と、搬送路上に希土類磁石４を移動させるための駆動装置７と、砥石３と希土類磁石４との接触部にクーラント（冷却液）を供給するクーラント供給管８とを備えている。駆動装置７は、駆動ロール５と搬送ベルト６を有し、駆動ロール５を図中矢印方向に回転することで搬送ベルト６にて希土類磁石４を押圧しつつ該希土類磁石４を砥石３が配置される方向（図中白抜き矢印方向）に移動させる。砥石３は、回転軸９に固定され、回転軸９と連結している回転モータ（不図示）により図中矢印方向（希土類磁石４の移動を妨げる方向）に回転する。
［搬送路］
本発明の搬送路２は、超硬合金からなる基材２０と、その上にＣｒＮ２１、ＤＬＣ２２の層が順に形成されている。
本発明の搬送路２は、超硬合金からなる基材２０と、その上にＣｒＮ２１、ＤＬＣ２２の層が順に形成されている。
ここで、超硬合金は、Ｗ＝５０〜９０ｗｔ％、Ｃｏ＝４〜９ｗｔ％、Ｃ＝５〜１０ｗｔ％、Ｔｉ＋Ｔａ＝４０ｗｔ％以下のＷＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−Ｃｏ系、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−Ｃｏ系が好適である。超硬合金は、希土類磁石より硬度が高く、かつ希土類磁石に対して一般に耐摩耗性が高いので、搬送路の基板としては好適である。
ＣｒＮ２１は、超硬合金からなる基材の表面に被覆し、層を形成する。ＣｒＮ被膜の形成方法としては、イオンプレーティング法、スパッタリング法、イオン照射法がある。イオンプレーティング法は、真空チャンバー内で真空アーク放電を利用して、金属クロムターゲットを蒸気化・イオン化して被処理物に照射し、被処理物には負のバイアス電圧を印加してイオン化したＣｒイオンを引きつけるとともに、真空チャンバー内に窒素ガスを導入してクロム窒化物を形成する方法である。スパッタリング法は真空チャンバー内にコーティング物であるターゲットと基板との間に高電圧を印加してグロー放電を発生させ、放電によりプラズマ化したＡｒイオンをターゲット表面に衝突させ、クロム原子をたたき出して基板に堆積させる方法である。この時にチャンバー内に窒素を導入することで窒素を過飽和に固溶したクロム膜およびクロム窒化物被膜を形成することができる。また、イオン照射法は真空蒸着またはスパッタリングと窒素イオン照射を組み合わせる方法（特開平５−３１１３９６号参照）で、低温でＣｒＮ被膜を形成することができる。本発明でのＣｒＮの層の形成には、いずれを用いても良い。
ＣｒＮの層を被膜するのは、ＤＬＣの層は超硬合金に対する密着力が弱く、未だ耐久性の点で問題があるためである。ＣｒＮ層はＤＬＣと超硬とを強固に接合するための接合層としての役割を果たす。
ＤＬＣ２２は、超硬合金からなる基材２０の表面に被覆したＣｒＮ２１の層に重ねて被覆する。ＤＬＣの膜の成膜法（コーティング法）に特に限定はなく、ＣＶＤ（化学的気相成長）法（ＤＣプラズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、パルスプラズマＣＶＤ法、ＰＩＧプラズマＣＶＤ法）およびＰＶＤ法（イオン化蒸着法、イオンビーム法、スパッタリング法、アークイオンプレーティング法）など既知のいずれの方法を用いても良い。
ＤＬＣ２２の層は平滑性という特性を有するため搬送路２の搬送路の摺動性を高める。また、超硬合金からなる基板２０の表面に被覆したＣｒＮ２１の層に重ねてＤＬＣ２２の層を被覆することで、ＣｒＮ２１によりＤＬＣ２２と超硬合金の基板２０とが剥がれにくくなる。
ここで、ＣｒＮ２１とＤＬＣ２２との総厚さは２μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。２μｍ未満であると搬送路上の平滑性が低下し、２０μｍを超えると希土類磁石との摺動により、ＣｒＮとＤＬＣの層が剥がれやすくなる。
また、超硬合金からなる基材２０の上に形成されるＣｒＮ２１、ＤＬＣ２２の層の厚さ比は、ＣｒＮ：ＤＬＣで１：１から５：１であることが好ましい。１未満：１であると、ＣｒＮ層が少なくなり、ＤＬＣ層の剥離が起こりやすくなる。また、５超：１であるとＤＬＣ層が少なくなり、希土類磁石の連続加工にて搬送路の平滑性が低下する。
［希土類磁石の加工方法］
希土類磁石４は、上述の通り、駆動装置７によって砥石３が配置されている方向に搬送路２上を移動する。
希土類磁石４は、上述の通り、駆動装置７によって砥石３が配置されている方向に搬送路２上を移動する。
回転する砥石３は、搬送路２と砥石３との間を希土類磁石４が移動するとき、クーラント管８よりクーラントを供給しつつ、砥石３と接する希土類磁石４表面を加工（研磨）する。加工が完了した希土類磁石４は、砥石３から排出され、砥石３の下流側に搬送路２上を移動する。
［実施例および比較例］
図１の加工装置１にて希土類磁石を加工した実施例と、図３の従来の加工装置１１にて希土類磁石を加工した比較例１、および図１の加工装置１の搬送路でＣｒＮを除いた加工装置にて希土類磁石を加工した比較例２について調べた。
図１の加工装置１にて希土類磁石を加工した実施例と、図３の従来の加工装置１１にて希土類磁石を加工した比較例１、および図１の加工装置１の搬送路でＣｒＮを除いた加工装置にて希土類磁石を加工した比較例２について調べた。
被加工物の希土類磁石４は、２２ｍｍ×５ｍｍ×６０ｍｍの寸法を有する平板状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用いた。
実施例、比較例では、アライドマテリアル製の２５０ｍｍ（外径）×２５ｍｍ（幅？）の砥石を用い、回転数を３０００ｒｐｍに設定して加工を行った。また、クーラントの吐出圧を２ｋｇ／ｃｍ2に設定した。
実施例では、搬送路は超硬合金の基板にＣｒＮを１０μｍを被覆し、さらにその上にＤＬＣを３μｍ被覆したものを用いた。一方、比較例１では、搬送路は超硬合金の基板を用い、比較例２では、搬送路は超硬合金の基板にＤＬＣを３μｍ被覆したものを用いた。
以下の表に測定結果を示す。表において、凹部の発生時間は、磁石に対して２００時間加工を実行し、６０分おきに搬送路上を確認したとき、面積４ｍｍ２以上の凹部が発生した時間を示す。加工磁石数は、２００時間で加工できた磁石数を示す。
上記表からわかるように、実施例は、比較例１、２に比べて凹部の発生が非常に少なかった。また、凹部の発生も少ないため、生産性も比較例１、２よりも良好であった。
なお、以上の説明においては、加工する希土類磁石が平板状の場合を例に説明したが、弓形状希土類磁石等の希土類磁石を加工する場合は、回転砥石として姿砥石の採用が望ましく、搬送路の構成も希土類磁石搬送面が平坦な構成に限定されることなく凹面又は凸面等の曲面を採用することが可能であり、そのような構成の場合においても曲面を有する超硬合金の基板にＣｒＮ及びＤＬＣを積層することによって、本発明の目的を達成できる。
本発明の希土類磁石の加工装置によれば、搬送路の摺動性もよく、搬送路が希土類磁石によって凹部を形成されることもないので、生産性よく希土類磁石を加工することができる。
１、１１ 加工装置
２、１２ 搬送路
３、１３ 砥石
４、１４ 希土類磁石
５、１５ 駆動ロール
６、１６ 搬送ベルト
７、１７ 駆動装置
８、１８ クーラント供給管
９、１９ 回転軸
２０ 基材
２１ ＣｒＮの層
２２ ＤＬＣの層
２３ 凹部
２、１２ 搬送路
３、１３ 砥石
４、１４ 希土類磁石
５、１５ 駆動ロール
６、１６ 搬送ベルト
７、１７ 駆動装置
８、１８ クーラント供給管
９、１９ 回転軸
２０ 基材
２１ ＣｒＮの層
２２ ＤＬＣの層
２３ 凹部
Claims (3)
- 回転砥石と、希土類焼結磁石の移動する搬送路を有し、前記回転砥石と前記搬送路との間を移動する前記希土類焼結磁石を加工する希土類焼結磁石の加工装置において、
少なくとも搬送路の回転砥石直下の部位が超硬合金からなる基材の上にＣｒＮ（窒化クロム）、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）の順に層を有することを特徴とする希土類焼結磁石の加工装置。 - 前記搬送路において、超硬合金からなる基材の上に形成されるＣｒＮ、ＤＬＣの層の合計厚さは、２μｍ以上２０μｍ以下である請求項１に記載の希土類焼結磁石の加工装置。
- 前記搬送路において、超硬合金からなる基材の上に形成されるＣｒＮ、ＤＬＣの層の厚さ比は、ＣｒＮ：ＤＬＣで１：１から５：１である請求項１乃至２に記載の希土類焼結磁石の加工装置。
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