JP5366779B2 - 希土類ボンド磁石の磁性粉回収方法,回収した磁性粉を用いた希土類ボンド磁石用の磁石材料,その磁石材料及び希土類ボンド磁石の製造方法 - Google Patents
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Description
特に磁性粉として希土類合金を用いた希土類ボンド磁石、とりわけNd-Fe-B系合金,Sm-Fe-N系合金で代表される希土類鉄系合金を磁性粉として用いた希土類ボンド磁石は、その高い磁気特性により携帯電話用振動モータ、カメラレンズフォーカス用ステッピングモータ、HDD用モータ、車載用モータ等の磁石として幅広く用いられている。
また希土類ボンド磁石を内蔵した機器が寿命等によって使用済みとなった場合にも、これに含まれた希土類ボンド磁石はスクラップ扱いとなる。
例えば下記特許文献1には、熱硬化性樹脂を含有した希土類ボンド磁石を粉砕し、そしてその粉砕した粉に熱可塑性樹脂の樹脂バインダを加えて混合し、その混合材料(磁石材料)を射出成形して希土類射出成形ボンド磁石を製造する点が開示されている。
従ってスクラップから回収した磁性粉を新たな磁石用の材料として用いるに際しても、限られた範囲内で一部添加するのに留めざるを得ず、回収した磁性粉を再利用する際の使用量が限られてしまうといった問題がある。
しかしながらこの特許文献2に開示の方法はプロセスが複雑で、大規模であり、コスト的にも高コストとなる問題がある。
また希土類圧縮成形ボンド磁石用の新規の材料に加えて用いたとしても、既に硬化済みのエポキシ樹脂と新規材料の未硬化のエポキシ樹脂との親和性が得られず、同様に圧縮成形ボンド磁石の成形性や成形体の強度、磁石特性が不十分なものとなってしまう。
例えばNd-Fe-B系希土類ボンド磁石の場合、FeがFe2O3に、NdがNd2O3に酸化されてしまう。
またSm-Fe-N系希土類ボンド磁石の場合、SmがSm2O3に酸化されてしまう。そのようになると最早磁性粉とは言えなくなってしまう。
或いは回収した磁性粉にポリアミド樹脂やPPS樹脂等の熱可塑性樹脂を加えて磁石材料とし、これを射出成形し所定形状に固めた上で着磁を施すことで、希土類射出成形ボンド磁石を製造することができる。
ここで高温不可逆減磁特性とは、磁化された永久磁石を大気中で高温環境下に長時間さらしたときに磁気特性が低下する性質、詳しくは磁気特性の低下が抑制される特性を意味する。
磁石スクラップから上記のプロセスで回収された希土類合金の磁性粉は、粉末粒子の表面に薄い酸化層が形成されていることが確認されており、この粒子表面の酸化層が不働態膜となって、粒子内部への酸素の浸入即ち粒子内部の合金元素の酸化を防ぎ、磁性粉の酸化による磁気特性の低下を抑制する働きをなすことで、優れた高温不可逆減磁特性を発揮するに到ったものと考えられる。
何れにしてもこの薄い酸化層の形成が優れた高温不可逆減磁特性に対して寄与しているものと考えられる。
ここで希土類圧縮成形ボンド磁石は、通常、以下のプロセスによって製造される。
即ち、図5に示しているように希土類合金から成る磁性粉に、例えばシランカップリング剤等によるカップリング処理を行った後、これをエポキシ樹脂,フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂バインダと混合し、その後にその混合材料(磁石材料)をプレス機により粉末プレス成形する。
その後防錆等のために電着塗装等の表面塗装を行い、しかる後着磁を行うことによって希土類圧縮成形ボンド磁石とする。
その粉砕粒径は平均粒径で30〜1000μmとすることが好ましい。
30μm未満では、後の熱分解によって樹脂の分離は可能であるとしても、磁性粉の粉末粒子が小さ過ぎて、回収した磁性粉を用いて磁石製造しても十分な磁石性能を得ることが難しい。
逆に1000μm超では、磁性粉の粉末粒子が幾つか固まったまま残ってしまい、回収した磁性粉を用いて磁石製造しても、同じく磁石の強度が不十分となったり、十分な磁石特性を得ることが難しい。
ここで樹脂バインダの熱分解温度はTG(熱重量測定)−DTA(示差熱分析)による測定によって知ることができる。
この曲線Bにおけるピークの立上り開始温度が分解開始温度となる。
ここでは、この分解開始温度以上の温度に粉砕物を容器内で加熱して、非酸化性雰囲気の下で樹脂バインダを加熱分解させる。
これは、酸素濃度が高いと樹脂バインダが酸素の存在の下で燃焼反応を起してしまう問題の外に、磁性粉が粉末粒子の内部に到るまで合金元素であるNd,Fe,Sm等が酸化されてしまうことによる。具体的にはFeがFe2O3に、NdがNd2O3に、SmがSm2O3等に酸化され、粉末粒子全体が酸化物となって磁性を失ってしまうことによる。
尚この熱分解の処理は、粉砕物を上記の樹脂バインダの熱分解開始温度以上の温度に加熱した後、その加熱温度に所定時間保持することにより行うようになすことができる。
容器内部を不活性ガス雰囲気とする場合には、容器内部を真空吸引した後に不活性ガスを容器内部に充填し、更にその後も不活性ガスを容器に向けて流し続けるようになすことができる。
このとき分解ガスは不活性ガスの流れに乗って、容器内から排出路を通じて外部へと良好に排出される。
そしてその冷却工程の後において容器内に少量の酸素を供給し、容器内部を低酸素状態に保持する徐酸化工程を行う。
冷却工程で容器内部の温度を例えば室温まで下げたとしても、そこでいきなり容器を大きく開いて大気開放すると、一挙に大気中の空気が容器内部に入り込み、そこで熱分解処理後の活性を帯びた磁性粉表面が急激に酸化反応してしまう恐れがある。
このときの容器内酸素濃度は、熱分解処理のときの酸素濃度よりも高い酸素濃度、例えば0.5〜3%の低酸素状態とすることが望ましい。
超急冷Nd-Fe-B系磁性粉(組成は質量%で27%Nd-67%Fe-1%B-5%Co)を平均粒径100μmに粉砕し、シラン系カップリング剤にて表面処理した後に、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(DIC(社)製 N−655−EPS−S)を磁性粉比率が97質量%となるような比率で混合した。
これを圧縮成形機にて外径φ21mm,内径φ19mm,高さ7mmの成形体を成形し、続いて175℃,5hrの条件で樹脂バインダを架橋反応させ、硬化させた。
尚、このクレゾールノボラック型エポキシ樹脂のTG(熱重量測定)−DTA(示差熱分析)を行ったところ図1に示す通りであった。図中P点が熱分解の開始点を表している。
この粉砕物を光洋サーモシステム(株)社製イナートオーブン(密閉容器)に入れ、そして容器内部を真空吸引した後、容器内にArガスを充填し、容器内を酸素濃度350ppmのArガス雰囲気とした。
その後容器内を室温まで冷却し、そして冷却後0.05リッタ/minの流量で容器内に酸素を通気し、容器内の酸素濃度を0.50%に30min保持した。
そしてその回収粉を用いて上記と同一の方法で希土類圧縮成形ボンド磁石を製造し、120℃(大気中)における高温不可逆減磁特性を測定した。結果が図2及び表1に示してある。
尚表1中のFLUX値は、着磁した磁石が発生している有効な総磁束量(オープンフラックス)で、フラックスメータとサーチコイルを用いて測定することができる。
結果が表1に併せて示してある。
図4(ロ)は、その酸化層における酸素原子のEPMAによるマッピングを行った結果を示している。
表1中dが、磁石成形体の粉砕物をそのまま非処理で用いた比較例を、またeが磁石成形体から得たものではなく、新規なフレッシュな磁性粉を用いた比較例をそれぞれ示している。
ここでは1000時間経過までの減磁率を見ているが、磁石をモータに組み込んだときの高温不可逆減磁特性としてより正確な評価が可能な5000時間経過後においては、本実施例a〜cのものと比較例d,eのものとの差はより一層広がることが明らかである。
Claims (5)
- 希土類合金から成る磁性粉に樹脂バインダを加えて所定形状に固めて成る希土類ボンド磁石から該磁性粉を回収する方法であって、
(a)前記希土類ボンド磁石を粉砕する粉砕工程と、
(b)粉砕物を密閉容器内で酸素濃度0.1%以下の非酸化性雰囲気中で前記樹脂バインダの熱分解開始温度以上に加熱して該樹脂バインダを熱分解させ、磁性粉から該樹脂バインダを除去する熱分解工程と、
(c)該熱分解工程の後に前記容器の内部を冷却する冷却工程と、
(d)該冷却工程の後に該容器内に酸素供給して該容器内の酸素濃度を前記熱分解工程の酸素濃度よりも高く且つ大気中酸素濃度よりも低い低酸素状態に保持し、前記磁性粉の表層を徐酸化処理する徐酸化工程と、
(e)該徐酸化工程の後に前記容器を大気開放して内部の磁性粉を容器外に取り出す磁性粉の取出工程と、
を経て磁性粉を回収することを特徴とする希土類ボンド磁石の磁性粉回収方法。 - 請求項1において、前記冷却工程で前記容器内部を室温まで冷却し、前記徐酸化工程で酸素供給により該容器内部を酸素濃度0.4〜3.0%の低酸素状態とすることを特徴とする希土類ボンド磁石の磁性粉回収方法。
- 請求項1,2の何れかの方法で回収した磁性粉に樹脂バインダを加えて成る希土類ボンド磁石用の磁石材料。
- 請求項1,2の何れかの方法で回収した磁性粉に樹脂バインダを加えて磁石材料を得る希土類ボンド磁石用の磁石材料の製造方法。
- 請求項4の製造方法で得た磁石材料を固めて着磁することを特徴とする希土類ボンド磁石の製造方法。
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