JP5505114B2 - 希土類焼結磁石のマルチ切断加工方法 - Google Patents

希土類焼結磁石のマルチ切断加工方法 Download PDF

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Description

本発明は、希土類焼結磁石をマルチ切断する際の切断加工方法に関するものである。
希土類磁石の製品を製造する場合、プレス成形の段階で製品形状とほぼ同様な形状とする1個取りを行う場合と、大きなブロック状に成形し、加工工程で切断する場合(多数個取り)がある。その概念図を図1に示す。図1(a)に示される1個取りの場合、成形品101、焼結・熱処理品102及び加工処理品(製品)103において、形状と大きさがほぼ同じであり、正常な焼結をすることができれば、加工工程の負担が比較的少なく、ニアネットシェイプな焼結体を得ることができる。但し、小さい製品や磁化方向の厚みが薄い製品を製造する場合、プレス成形、焼結において正常な形状の焼結体を得ることが難しくなり、歩留まりの劣化を招きやすく、ひどい場合は製造できなくなってしまう。
これに対し、図1(b)に示される多数個取りの場合、上記のような問題もなく、またプレス成形、焼結・熱処理等の工程での生産性が高く、汎用性もあるため希土類磁石製造の主流となってきている。但し、この場合、成形品101及び焼結・熱処理品102においては、形状と大きさがほぼ同じであるが、その後の工程である加工時に切断工程が必要であり、いかに効率よく無駄なく切断加工して、加工処理品103を得ることができるかが重要なポイントとなってくる。
希土類磁石の切断刃としては、薄板ドーナツ状円板の内周部分にダイヤモンド砥粒を接着したダイヤモンド砥石内周刃や、薄板円板を台板としてその外周部分にダイヤモンド砥粒を固着したダイヤモンド砥石外周刃の2種類があるが、最近では特に生産性の点から外周刃を用いた切断が主流となってきている。即ち、内周刃の場合、単刃切断であり生産性が低いのに対し、外周刃の場合、例えば、図2に示されるような、外周縁部に砥粒部11aを薄板ドーナツ状円板の砥石台板11bに固着した外周刃11を複数、スペーサー(図示せず)を介して回転軸(シャフト)12に取り付け、組み上げたマルチ切断刃1を用いれば、一度に多数個取りができるいわゆるマルチ切断が可能であるためである。
このような外周刃のダイヤモンド砥粒の結合剤として、樹脂結合剤であるレジンボンド、金属結合剤であるメタルボンド及びメッキによる電着の3種類が代表的であり希土類磁石の切断に広く使用されている。
切断砥石を使用して希土類磁石を切断加工するとき、前述のようにある大きさのブロックを切断して多数の製品を切り出す場合には、切断砥石の刃厚と被切断物(希土類磁石)の材料歩留まりとの関係が非常に重要となり、できるだけ薄い刃を用い、しかも精度よく切断して切断加工代を少なくし、切断屑を減らし、得られる製品の数を多くして材料歩留まりを上げ、生産性を高めることが肝要である。
材料歩留まりの観点から、薄い切断刃にするためには、当然砥石台板を薄くする必要がある。図2に示されるような外周刃11の場合、その砥石台板11bの材質として従来は主に材料コスト及び機械強度の点から鉄鋼材料が用いられており、特に実用化されているものとして、JIS規格でSK、SKS、SKD、SKT、SKH等と規定される合金工具鋼が専ら使用されてきた。しかし、希土類磁石のような硬質材料を薄い外周刃によって切断しようとすると、前述した従来の合金工具鋼の板では機械強度が不足し、切断に際し湾曲などの変形を生じ寸法精度が失われてしまう。
この改善策として、超硬合金を用いた台金を使用し、レジンボンド、メタルボンド及びメッキ電着の結合剤でダイヤモンド、cBN等の高硬度砥粒を台金に結合した希土類磁石合金用切断刃が開発され(特許文献1:特開平10−175172号公報)、超硬合金を台金材料として使用することにより、加工時の応力による座屈変形が軽減され、希土類磁石を精度よく切断できるようになった。しかし、希土類磁石の切断において、刃先への研削液の供給が不十分であると、超硬合金の台金を使用したとしても、砥石の目つぶれや目詰まりを誘発して加工中の研削抵抗が増大し、チッピングや曲がりが生じ加工状態に悪影響を及ぼす。
この対策として複数のノズルを切断刃周りに配置して研削液を強制的に刃先まで供給する方法や、大容量のポンプより大量の研削液を供給する方法があるが、前者は1mm前後の間隔で複数のブレードが配置された希土類磁石のマルチ切断刃による切断においては、ノズルを切断刃周りに配置することができず、実施し難い。後者の大量の研削液を供給する方法では、切断刃が回転していることにより刃周りに生じる気流により、研削液は分断されて飛散し、肝心の刃先に供給できず、無理に供給しようとして高圧で研削液をかけると砥石を湾曲させるばかりか、振動発生の要因になるなど高精度加工の阻害となる。
このような問題点を解決するために、希土類磁石のマルチ切断において、従来に比べて少量の研削液を効果的に切断加工点に供給し、高精度な切断を高速に行うことができる希土類磁石の切断方法が提案された。
その一つは、切断砥石ブレードを回転軸方向に所定の間隔で複数配列したマルチ切断砥石ブレードにより希土類磁石をマルチ切断加工する際に、各々の切断砥石ブレードに対応する複数のスリットが形成された研削液供給ノズルを用いて、スリットに切断砥石ブレードの外周部を挿入した状態で研削液を供給してマルチ切断加工する方法である。この方法では、スリットにより切断砥石ブレードのぶれが規制され、また、スリットから研削液を噴出させながら切断砥石ブレードを回転させれば、切断砥石ブレードの外周部と接触した研削液が、回転する切断砥石ブレードの表面に同伴され、回転の遠心力によって切断砥石ブレードの砥石外周刃側に移動し、研削液が切断砥石ブレードの刃先に効率よく供給される。
また、切断砥石ブレードに対応して希土類磁石の表面に切断溝を形成して、マルチ切断加工する方法も提案されている。この方法では、切断溝により切断砥石ブレードのぶれが規制され、また、研削液供給ノズルのスリット部から切断砥石ブレードの表面に同伴して移動した研削液が切断溝に流入し、研削液が回転する各々の切断砥石ブレードの表面に同伴されて切断砥石ブレードの刃先に効率よく供給される。
更に、希土類磁石を切断方向に押圧して固定する治具として、治具の表面に切断砥石ブレードに対応するガイド溝を形成した磁石固定治具が有効であることも報告されている。この治具を用いて、ガイド溝に切断砥石ブレードの外周部を挿入した状態でマルチ切断加工すれば、ガイド溝により切断砥石ブレードのぶれが規制され、また、研削液供給ノズルのスリット部から切断砥石ブレードの表面に同伴して移動した研削液がガイド溝に流入し、研削液が回転する切断砥石ブレードの表面に同伴されて切断砥石ブレードの各々の刃先に、効率よく供給される。
いずれの場合も、希土類磁石のマルチ切断において、従来に比べて少量の研削液を効果的に希土類磁石の切断加工点に供給して、より高精度な切断を高速に行うことができるものである。
しかし、近年、希土類焼結磁石の生産効率化を求め、切断する磁石ブロックの更なる大型化が進み、切断高さが高くなる傾向にある。磁石高さが高い場合、切断砥石ブレードの有効径、即ち、回転軸又はスペーサーから切断砥石ブレード外周までの距離(切断砥石ブレードが切断できる最大高さに相当する)を長くする必要があるが、この場合、切断砥石ブレードがより変形しやすく、特に、回転軸方向にぶれやすくなり、切断された希土類磁石の形状や寸法精度が悪化する。これを防ぐために、従来は、切断砥石ブレードを厚くしていたが、切断砥石ブレードを厚くすると、切削される部分が大きくなるため、薄い切断砥石ブレードを用いる場合と比べて、同一サイズの磁石ブロックからの製品取り数が減少してしまうという問題があり、希土類金属の高騰が進む中、製品取り数の減少は、希土類磁石製品の製造コストに大きく影響することになる。
特開平10−175172号公報 特開平7−171765号公報 特開平5−92420号公報 特開2010−110850号公報 特開2010−110851号公報 特開2010−110966号公報
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、希土類焼結磁石のマルチ切断において、切断砥石ブレードの有効径を小さくし、かつ薄い回転切断砥石ブレードを用いて、高さのある希土類焼結磁石ブロックを高精度に切断することができる希土類焼結磁石のマルチ切断加工方法を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、薄板円板状又は薄板ドーナツ円板状の台板の外周縁部に砥石外周刃を備える切断砥石ブレードを回転軸にその軸方向に沿って所定の間隔で複数配列し、上記複数の切断砥石ブレードを回転させて希土類磁石を切削してマルチ切断加工する方法において、希土類磁石上面側から下方に向けて切削操作を開始し、希土類磁石を分断することなく一旦切削操作を停止し、希土類磁石の天地を反転させ、該反転前後で形成される切削溝の位置が上下で一致するように希土類磁石を配置して、反転後の希土類磁石上面側から下方に向けて切削操作を再開し、反転前後で形成される切削溝を連通させて切断すれば、希土類磁石の天地反転という単純な操作の追加のみで、切断砥石ブレードの有効径が小さく、かつ薄い回転切断砥石ブレードを用いて、高さのある希土類磁石ブロックを高精度に切断でき、高い生産性で希土類磁石ブロックから希土類磁石片を製造できることを見出し、本発明をなすに至った。
従って、本発明は、以下の希土類焼結磁石のマルチ切断加工方法を提供する。
請求項1:
薄板円板状又は薄板ドーナツ円板状の台板の外周縁部に砥石外周刃を備える切断砥石ブレードを回転軸にその軸方向に沿って所定の間隔で複数配列し、上記複数の切断砥石ブレードを回転させて希土類焼結磁石を切削してマルチ切断加工する方法であって、
希土類焼結磁石上面側から下方に向けて切削操作を開始し、希土類焼結磁石を分断することなく一旦切削操作を停止し、希土類焼結磁石の天地を反転させ、該反転前後で形成される切削溝の位置が上下で一致するように希土類焼結磁石を配置して、反転後の希土類焼結磁石上面側から下方に向けて切削操作を再開し、反転前後で形成される切削溝を連通させて切断することを特徴とする希土類焼結磁石のマルチ切断加工方法。
請求項2:
希土類焼結磁石の切断されない側面を基準面とし、該基準面を一致させるように希土類焼結磁石の天地を反転させることにより、反転前後で形成される切削溝の位置を上下で一致させることを特徴とする請求項1記載のマルチ切断加工方法。
請求項3:
希土類焼結磁石を固定治具に固定し、該固定治具の側面を希土類焼結磁石の切断面と平行になるように配置して上記側面を基準面とし、該基準面を一致させるように固定治具の天地を反転させることにより、希土類焼結磁石の天地を反転させると共に、反転前後で形成される切削溝の位置を上下で一致させることを特徴とする請求項1記載のマルチ切断加工方法。
請求項4:
固定治具に複数の希土類焼結磁石を固定し、上記固定治具の反転により、複数の希土類焼結磁石の反転前後で形成される切削溝の位置を同時に一致させることを特徴とする請求項3記載のマルチ切断加工方法。
請求項5:
上記反転前に形成される切削溝の深さが、切断する希土類焼結磁石の高さの40〜60%であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のマルチ切断加工方法。
請求項6:
上記希土類焼結磁石の高さが5〜100mmであり、上記希土類焼結磁石上面側から下方に向けた切削操作及び上記反転後の希土類焼結磁石上面側から下方に向けた切削操作の双方において、台板の外径が80〜250mmであり、有効径が200mm以下である切断砥石ブレードで切削することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のマルチ切断加工方法。
請求項7:
2〜100の切断砥石ブレードを配列してなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載のマルチ切断加工方法。
希土類磁石の上下双方向から切削して切断する場合、切削溝が連通する際に上下双方の切削溝にずれが生じやすく、切削溝の連通部に段差が生じやすい。そのため、希土類磁石の切断されない側面を基準面とし、該基準面を一致させるように希土類磁石の天地を反転させること、又は希土類磁石を固定治具に固定し、該固定治具の側面を希土類磁石の切断面と平行になるように配置して上記側面を基準面とし、該基準面を一致させるように固定治具の天地を反転させることにより、切削溝の連通部の段差をより小さくできる。
また、希土類磁石の上下双方向から切断すれば、一方向からのみ切断する場合に比べて、切断砥石ブレードの有効径を、切断する希土類磁石の高さより小さくでき、最も小さい場合は、希土類磁石の高さの半分程度まで小さくすることも可能であるため、切断する希土類磁石の周囲に必要な切断砥石ブレードの移動空間を小さくでき、切断機の小型化が可能となる。更に、希土類磁石の被切断面となる両端側を挟持して固定する固定治具を用いる場合に、切断砥石ブレードが進入できるように固定治具に形成されるスリットの長さも短くできることから、この点においても、固定治具、ひいては切断機の小型化が可能となる。
本発明によれば、希土類磁石のマルチ切断において、切断砥石ブレードの有効径が小さく、かつ薄い回転切断砥石ブレードを用いて、高さのある希土類磁石ブロックを高精度に切断することができ、産業上その利用価値は極めて大きい。
希土類磁石の製造のプレス成形、焼結・熱処理及び加工における形状の変化を説明する概念図である。 本発明に用いられるマルチ切断砥石ブレードの一例を示す斜視図である。 本発明に用いられるマルチ切断砥石ブレードを研削液供給ノズルに挿入した状態を示す図であり、(a)は平面図、(b)は側面図、(c)は研削液供給ノズルをスリット側からみた正面図である。 本発明に用いられる磁石固定治具の一例を示す図であり、(a)は平面図、(b)は側面図、(c)はガイド溝側から見た側面図である。 本発明に用いられる磁石固定治具の他の例を示す図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。 (a)実施例3及び(b)比較例2において、切断後の磁石の(c)で示される箇所の厚さのばらつきを測定した結果を示すグラフである。
以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明において、希土類磁石は、薄板円板状又は薄板ドーナツ円板状の台板の外周縁部に砥石外周刃を備える切断砥石ブレードを回転軸にその軸方向に沿って所定の間隔で複数配列し、複数の切断砥石ブレードを回転させて希土類磁石を切削してマルチ切断加工する。
このマルチ切断加工には、従来公知の外周刃切断用の切断砥石ブレードを用いることができ、例えば、図2に示されるような、外周縁部に砥粒部(砥石外周刃)11aを薄板ドーナツ状円板の台板11bに固着した外周刃(切断砥石ブレード)11を複数(図2に示されているものの場合は19であり、その数は限定されないが、通常は2〜100である。)、スペーサー(図示せず)を介して回転軸(シャフト)12に取り付け、組み上げたマルチ切断刃(マルチ切断砥石ブレード)1を用いることができる。
台板の大きさは、特に限定されるものではないが、外径が80〜250mm、好ましくは100〜200mm、厚みが0.1〜1.4mm、特に0.2〜1.0mmのものが好ましく、台板が薄板ドーナツ円板状の場合、内穴の直径が30〜80mm、好ましくは40〜70mmの寸法を有するものであることが好ましい。
また、マルチ切断砥石ブレードの台板の材質は、SK、SKS、SKD、SKT、SKHなど切断刃に用いられる材質のいずれであってもよいが、超硬台板を使用することで一層の薄刃化が行えるため好ましい。台板となる超硬合金としては、WC、TiC、MoC、NbC、TaC、Cr32などの周期表IVB、VB、VIB族に属する金属の炭化物粉末をFe、Co、Ni、Mo、Cu、Pb、Sn、又はそれらの合金を用いて焼結結合した合金が好ましく、これらの中でも特にWC−Co系、WC−Ni系、TiC−Co系、WC−TiC−TaC−Co系の代表的なものを用いることが特に好ましい。
一方、砥粒部(砥石外周刃)は、台板の外周縁部を覆うように形成され、砥粒部としては、砥粒と結合材とからなるものが挙げられ、結合材によりダイヤモンド砥粒、cBN砥粒又はダイヤモンド砥粒とcBN砥粒との混合砥粒が台板の外周縁部に結合されたものが挙げられる。このような外周刃の砥粒の結合剤として、樹脂結合剤であるレジンボンド、金属結合剤であるメタルボンド及びメッキによる電着の3種類が代表的でありいずれでもよい。
台板の厚さ方向に沿った砥粒部(砥石外周刃)の幅は、(台板の厚さ+0.01)mm〜(台板の厚さ+4)mm、特に(台板の厚さ+0.02)mm〜(台板の厚さ+1)mmとすることが好適である。また、砥粒部(砥石外周刃)の台板より先方に突出している突出部の突出長さは、固定する砥粒の大きさによるが、0.1〜8mm、特に0.3〜5mmであることが好ましい。更に、台板の径方向に沿った砥粒部(砥石外周刃)の幅(切り刃部全体の台板の径方向の長さ)は0.1〜10mm、特に0.3〜8mmであることが好ましい。
また、各々の切断砥石ブレードの間隔は、切断後の希土類磁石の厚さによって適宜設定されるが、切断後の希土類磁石の厚さより若干広く(例えば0.01〜0.4mm広く)設定することが好ましい。
切削時の切断砥石ブレードの回転数は、例えば1,000〜15,000rpm、特に3,000〜10,000rpmとすることが好適である。
本発明においては、切断砥石ブレードにより希土類磁石を切削して切断するが、この切削操作は、まず、希土類磁石上面側から下方に向けて切削操作を開始し、希土類磁石を分断することなく一旦切削操作を停止し、希土類磁石の天地を反転させ、反転後の希土類磁石上面側から下方に向けて切削操作を再開し、反転前後で形成される切削溝を連通させて切断する。即ち、希土類磁石は、上下面双方側から順に切削される。
このように切断することにより、切断砥石ブレードの有効径が小さく、かつ薄い回転切断砥石ブレードを用いても、高さのある希土類磁石ブロックを高精度に切断することができる。
本発明の方法では、特に、切断砥石ブレードの台板の厚みが1.2mm以下、特に0.2〜0.9mmで、切断砥石ブレードの有効径、即ち、回転軸又はスペーサーから切断砥石ブレード外周までの距離(切断砥石ブレードが切断できる最大高さに相当する)が、200mm以下、特に80〜180mmである切断砥石ブレードを用い、高さが5mm以上、特に10〜100mmである希土類磁石を切断する際に、従来の方法に比べて、より高精度、かつ効率よく切断でき、有利である。
磁石の天地反転では、反転前後で形成される切削溝の位置が上下で一致するように希土類磁石が配置されるが、希土類磁石の配置と、反転前後の位置合わせの方法としては、(1)反転前に希土類磁石の切断されない側面を基準面とし、該基準面を一致させるように希土類磁石の天地を反転させること、(2)希土類磁石を固定治具に固定し、固定治具の側面を希土類磁石の切断面と平行になるように配置して、固定治具の上記側面を基準面とし、この基準面を一致させるように固定治具の天地を反転させることなどが有効である。このような方法で位置合わせをすることにより、反転前後の切削溝の連通部に段差が形成されることを防止して、磁石を切断することができる。
特に、(2)の方法では、固定治具に複数の希土類磁石を固定して、固定治具を反転すれば、複数の希土類磁石の反転前後で形成される切削溝の位置を同時に一致させることができ好適である。
希土類磁石は、切断砥石ブレードを回転させ、研削液を供給しながら、その砥粒部を希土類磁石に接触させて相対的に移動させて(希土類磁石の長さ方向、希土類磁石の厚さ方向又はそれら双方に移動させて)、切断砥石ブレードの砥石外周刃により希土類磁石mを切削又は研削(但し、本発明においては、これらを総称して、単に切削と呼ぶことがある)することにより、切断することができる。
希土類磁石のマルチ切断加工においては、希土類磁石を何らかの方法で固定して切断するが、希土類磁石の固定は、カーボンベース等の基板上に、ワックス等の希土類磁石の切断後に除去可能な接着剤を用いて希土類磁石を接着し、基板を固定する方法、後述する磁石固定治具を用いて固定する方法などにより可能である。
希土類磁石の切削においては、まず、複数の切断砥石ブレード及び希土類磁石のいずれか又は双方を、希土類磁石の切断方向(希土類磁石の長さ方向)に希土類磁石の長さ方向一端から他端にかけて相対的に移動させて、希土類磁石の上面側を長さ方向全体に亘って所定の深さに切削して希土類磁石に切削溝を形成することが有効である。
この切削溝は、1回の切削操作で形成しても、希土類磁石の高さ方向に複数回切削操作を繰り返して形成してもよい。切削溝の深さは、通常、切断する希土類磁石の高さの40〜60%、特に50%程度が好ましい。切削溝の幅は、切断砥石ブレードの幅によって決定されるが、切削時、切断砥石ブレードの振動により、通常、切断砥石ブレードの幅より若干(例えば、切断砥石ブレードの幅(砥石外周刃の幅)を超え、1mm以下、好ましくは0.5mm以下)広くなる。
この切削操作は、希土類磁石を完全に分断することなく一旦停止され、磁石の天地を反転した後、反転後の希土類磁石上面側(反転前の下面側)から下方に向けて切削操作を再開し、反転前と同様に、複数の切断砥石ブレード及び希土類磁石のいずれか又は双方を、希土類磁石の切断方向(希土類磁石の長さ方向)に希土類磁石の長さ方向一端から他端にかけて相対的に移動させて、希土類磁石の上面側を長さ方向全体に亘って所定の深さ切削して希土類磁石を切断する。反転後の切削においても、1回の切削操作で残部を切断しても、希土類磁石の高さ方向に複数回切削操作を繰り返して残部を切断してもよい。
切削操作において、切断砥石ブレードの周速は10m/sec以上、特に20〜80m/secとすることが好ましい。また、切断砥石ブレードの送り速度(進行速度)は10mm/min以上、特に20〜500mm/minとすることが好ましい。本発明の方法は、このような高速切断において、従来の方法に比べて、より高精度、かつ効率よく切断でき、有利である。
希土類磁石のマルチ切断加工においては、切断砥石ブレードに研削液を供給して切断が行われるが、研削液の供給には、一端側に研削液の導入口が形成され、他端側に各々の切断砥石ブレードに対応する複数のブレード挿入用スリットが形成された研削液供給ノズルが好適に用いられる。
この研削液供給ノズルとしては、図3に示されるようなものが挙げられる。この研削液供給ノズル2は、一端が開口して研削液の導入口22をなし、また、他端側には、切断砥石ブレードの数に応じてこれに対応する数(通常は、マルチ切断砥石ブレードの切断砥石ブレードの数と同数で複数個、図3に示されているものの場合は11であり、その数は限定されないが、通常は2〜100である。)のスリット21が形成されている。この研削液供給ノズル2の各々のスリット21には、各々の切断砥石ブレード11の外周部が挿入される。従って、スリット21の間隔は、上述したマルチ切断砥石ブレード1の個々の切断砥石ブレード11の間隔に対応するように設定され、直線状に互いに平行に形成されている。なお、図3中、13はスペーサーであり、マルチ切断砥石ブレード1のその他の構成は、図2と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
スリットに挿入された切断砥石ブレードの外周部は、切断砥石ブレードと接触した研削液を、切断砥石ブレードの表面(外周部)に同伴させて研削液を希土類磁石の各々の切断加工点に供給することになる。そのため、スリットの幅は、切断砥石ブレードの幅(即ち、砥石外周刃の幅)より広く形成する必要がある。スリットの幅があまり広いと、研削液が効果的に切断砥石ブレード側に供給できず、スリットから流下する量が多くなるだけであるため、研削液供給ノズルのスリットの幅は、切断砥石ブレードの砥石外周刃の幅Wに対して、Wmmを超えて、好ましくは(W+0.1)mm以上で、(W+6)mm以下であることが好ましい。
一方、スリットの長さは、切断砥石ブレードの外周部を挿入したとき、切断砥石ブレードの外周部が、研削液供給ノズルの内部で研削液と十分接触した状態にできるような長さに形成され、通常、切断砥石ブレードの台板の外径の2〜30%程度の長さが好適である。
希土類磁石のマルチ切断加工においては、希土類磁石をその切断方向に押圧して固定可能に対で構成された磁石固定治具を用いることができる。これらの磁石固定治具の一方又は双方には、複数の切断砥石ブレードの各々に対応して各々の切断砥石ブレードの外周部を挿入可能にした複数のガイド溝が形成される。
図4には、磁石固定治具の一例が示されている。この場合、磁石固定治具は、希土類磁石mが載置されるベース板32と、ベース板32の長さ方向の両端側に配置される1対の磁石押圧部材31,31とで構成されている。磁石押圧部材31,31は、希土類磁石mをその切断方向(希土類磁石の長さ方向)に押圧した状態で、ビス、クランプ、エアシリンダ、油圧シリンダなど(図示せず)により、又はWAXを用いてベース板32に固定されるようになっている。そして、磁石押圧部材31,31の上部の希土類焼結磁石側には、複数の切断砥石ブレードの各々に対応する複数(この場合は、各々11本であるが、その数は限定されない。)のガイド溝31aが形成されている。
また、図5には、磁石固定治具の他の例が示されている。この場合、磁石固定治具は、希土類磁石mの両端側に配置される1対の磁石押圧部材31,31で構成されている。磁石押圧部材31,31は、ビス、クランプ、エアシリンダ、油圧シリンダなど(図示せず)により、又はWAXを用いて希土類磁石m(この場合は、3個の希土類磁石が固定されているが、その数は限定されない。)をその切断方向(希土類磁石の長さ方向)に押圧して固定するようになっている。そして、この場合、磁石押圧部材31,31の希土類焼結磁石側には、複数の切断砥石ブレードの各々に対応する複数(この場合は、各々11本であるが、その数は限定されない。)のガイド溝31aが形成されており、このガイド溝31aは、上下が連通している。このような磁石固定治具を用いれば、磁石固定治具から希土類磁石を取り外さずに、磁石固定治具ごと天地を反転して、磁石の切削操作を再開することができ、本発明の方法においては特に有利である。
この磁石押圧部材31の各々のガイド溝31aには、切断砥石ブレードの外周部が挿入される。従って、ガイド溝31aの間隔は、上述したマルチ切断砥石ブレードの個々の切断砥石ブレードの間隔に対応するように設定され、直線状に互いに平行に形成される。ガイド溝31a間の幅は、切断されて得られる希土類永久磁石の厚さと同じ又はそれ以下に形成される。
ガイド溝の幅は、切断砥石ブレードの幅(即ち、砥石外周刃の幅)より広く形成する必要がある。磁石固定治具のガイド溝の幅は、切断砥石ブレードの砥石外周刃の幅Wに対して、Wmmを超えて、好ましくは(W+0.1)mm以上で、(W+6)mm以下であることが好ましい。一方、ガイド溝の長さ(切削方向の長さ)及び高さは、希土類磁石の切削操作において、切断砥石ブレードがガイド溝内を移動できるような長さ及び高さに形成される。
本発明は、希土類磁石を好適に切断の対象とし、この被切断物としての希土類磁石(希土類焼結磁石)は特に限定されるものではないが、一例を挙げれば、特にR−Fe−B系(RはYを含む希土類元素のうちの少なくとも1種、以下同じ)の希土類磁石(希土類焼結磁石)の切断に好適に適用できる。
R−Fe−B系希土類焼結磁石としては、質量百分率で5〜40%のR、50〜90%のFe、0.2〜8%のBを含有するもの、更に、磁気特性や耐食性を改善するために、必要に応じてC、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Sn、Hf、Ta、Wなどの添加元素の1種以上を含むものが好適である。これらの添加元素の添加量は、Coの場合は30質量%以下、その他の元素の場合は8質量%以下が通常である。添加元素をこれ以上加えると逆に磁気特性を劣化させてしまう。
R−Fe−B系希土類焼結磁石は、例えば、原料金属を秤量して、溶解、鋳造し、得られた合金を平均粒径1〜20μmまで微粉砕し、R−Fe−B系希土類永久磁石粉末を得、その後、磁場中で成形し、次いで1000〜1200℃で0.5〜5時間焼結し、更に400〜1000℃で熱処理して製造することが可能である。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
[実施例1]
超硬合金(WC−90質量%/Co−10質量%の組成)製の120mmφ×40mmφ×0.3mmtのドーナツ円板状台板の外周縁部にレジンボンド法によりダイヤモンド砥粒を固着(平均粒径150μmの人工ダイヤモンドを体積含有率で25%含有させた)させてこれを砥石部(砥石外周刃)とし、外周切断刃(切断砥石ブレード)を作製した。砥石部の台板からの突き出しは片側0.05mm、即ち、砥石部の幅(台板の厚さ方向の幅)は0.4mmとした。
この外周切断刃を用いて、Nd−Fe−B系希土類焼結磁石を被切断物として切断試験を行った。切断試験は次のような条件で行った。外周切断刃を、スペーサーを挟んで2.1mm間隔で41枚組んでマルチ切断砥石ブレードとした。スペーサーは95mmφ×40mmφ×2.1mmtのものを用いた。これは、切断後の希土類磁石の厚さを2.0mmtとする設定である。
41枚の外周切断刃と40枚のスペーサーで組んだマルチ切断砥石ブレードを、図3に示される研削液供給ノズルのスリット内に、外周切断刃の外周から8mmの位置まで挿入した。研削液供給ノズルの各スリットは、肉厚2.5mm、幅は0.6mmであり、切断刃がスリットの中央部に位置するように設定した。
また、被切断物であるNd−Fe−B系希土類焼結磁石は長さ100mm×幅30mm×高さ17mmに竪両頭研磨機を用いて6面とも±0.05mmの精度に加工したものを用いた。長さ方向に外周切断刃で切断し、一度に2.0mm厚の製品を多数個取りするが、この場合、磁石1ブロックから40枚を得る40枚取りである。
Nd−Fe−B系希土類焼結磁石は、その切断方向両端側を長さ(磁石の幅方向)30mmで、幅(磁石の長さ方向)0.9mm、高さ(磁石の高さ方向)19mmで、各々の外周切断刃に対応する位置に同数(即ち、41本)のガイド溝を有する図4に示される態様の磁石固定治具により、切断位置とガイド溝とを合わせて固定した。固定に際しては、図4(a)に示される希土類焼結磁石の手前側の側面を基準に位置合わせを行った。なお、この場合、磁石固定治具の上面(マルチ切断砥石ブレード側の面)と、被切断物であるNd−Fe−B系希土類焼結磁石の上面(マルチ切断砥石ブレード側の面)の高さは同じとした。
切断操作は以下のとおりとした。
使用する研削液は30L/minとした。まず、マルチ切断砥石ブレードをNd−Fe−B系希土類焼結磁石を固定している一方の磁石固定治具上でNd−Fe−B系希土類焼結磁石側に降下させ、各々の外周切断刃をその外周から1mm各々のガイド溝に挿入し、マルチ切断砥石ブレードを7,000rpm(周速44m/sec)で回転させ、研削液を研削液供給ノズルから供給しながら、100mm/minの速度で他方の磁石固定治具側へ移動させて切削し、更に、マルチ切断砥石ブレードの高さを変えずに、上記一方の磁石固定治具側に戻して、Nd−Fe−B系希土類焼結磁石に切削溝(深さ1mm)を形成した。
次に、上記一方の磁石固定治具上で、マルチ切断砥石ブレードをNd−Fe−B系希土類焼結磁石側に更に1mm降下させ、マルチ切断砥石ブレードを7,000rpmで回転させ、研削液を研削液供給ノズルから供給しながら、100mm/minの速度で他方の磁石固定治具側へ移動させて切削し、更に、マルチ切断砥石ブレードの高さを変えずに、上記一方の磁石固定治具側に戻した。この動作を合計9回繰り返し、磁石表面より深さ9mmの切削溝を形成した。
その後、磁石固定治具から磁石を一旦取り外し、基準とした図4(a)に示される希土類焼結磁石の手前側の側面が、天地反転後も手前側になるように回転させ、天地反転前と同様に、図4(a)に示される希土類焼結磁石の手前側の側面を基準に位置合わせを行い、磁石を再び固定した。
次に、天地反転前の切削と同様に、マルチ切断砥石ブレードをNd−Fe−B系希土類焼結磁石を固定している一方の磁石固定治具上でNd−Fe−B系希土類焼結磁石側に降下させ、各々の外周切断刃をその外周から1mm各々のガイド溝に挿入し、マルチ切断砥石ブレードを7,000rpmで回転させ、研削液を研削液供給ノズルから供給しながら、100mm/minの速度で他方の磁石固定治具側へ移動させて切削し、更に、マルチ切断砥石ブレードの高さを変えずに、上記一方の磁石固定治具側に戻して、Nd−Fe−B系希土類焼結磁石に切削溝(深さ1mm)を形成した。
次に、上記一方の磁石固定治具上で、マルチ切断砥石ブレードをNd−Fe−B系希土類焼結磁石側に更に1mm降下させ、マルチ切断砥石ブレードを7,000rpmで回転させ、研削液を研削液供給ノズルから供給しながら、100mm/minの速度で他方の磁石固定治具側へ移動させて切削し、更に、マルチ切断砥石ブレードの高さを変えずに、上記一方の磁石固定治具側に戻した。この動作を合計9回繰り返し、磁石表面より深さ9mmの位置まで切削して切削溝を連通させて、磁石を切断した。
作製した外周刃を用いて切断された希土類磁石は、切断面間の中央部の厚みをマイクロメーターで測定し、切断寸法管理幅とした2.0±0.05mmであれば合格とし、寸法が外れた場合には、スペーサー厚みを調整し、管理幅内に入るようにマルチ切断砥石ブレードの修正を行った。更に、同じ外周切断刃の位置でスペーサー調整を3回以上実施の場合には、外周切断刃の安定性がないものと判断し、新しい外周切断刃と交換した。このような条件下、Nd−Fe−B系希土類焼結磁石1000ブロックを切断した。表1に切断状態の評価結果を示した。
[比較例1]
マルチ切断砥石ブレードに使用するスペーサーを80mmφ×40mmφ×2.1mmtのものを用い、磁石の天地を反転させず、一方側のみから、磁石の高さ全体を、1mmずつ計18回の切削操作によって磁石を切断した以外は実施例1と同様にして、Nd−Fe−B系希土類焼結磁石1,000ブロックの切断を実施し、切断状態を評価した。表1に切断状態の評価結果を示した。
Figure 0005505114
A:スペーサー調整回数
B:外周切断刃交換回数
表1から明らかなように、本発明のマルチ切断加工方法によって、刃厚が薄くても長期に亘り寸法精度が安定し、スペーサー厚の調整、外周切断刃の交換等を減らすことができ、生産性の向上が図れることが確認された。
[実施例2]
超硬合金(WC−90質量%/Co−10質量%の組成)製の115mmφ×40mmφ×0.35mmtのドーナツ円板状台板の外周縁部にレジンボンド法によりダイヤモンド砥粒を固着(平均粒径150μmの人工ダイヤモンドを体積含有率で25%含有させた)させてこれを砥石部(砥石外周刃)とし、外周切断刃(切断砥石ブレード)を作製した。砥石部の台板からの突き出しは片側0.025mm、即ち、砥石部の幅(台板の厚さ方向の幅)は0.4mmとした。
この外周切断刃を用いて、Nd−Fe−B系希土類焼結磁石を被切断物として切断試験を行った。切断試験は次のような条件で行った。外周切断刃を、スペーサーを挟んで2.1mm間隔で42枚組んでマルチ切断砥石ブレードとした。スペーサーは90mmφ×40mmφ×2.1mmtのものを用いた。これは、切断後の希土類磁石の厚さを2.0mmtとする設定である。
42枚の外周切断刃と41枚のスペーサーで組んだマルチ切断砥石ブレードを、図3に示される研削液供給ノズルのスリット内に、外周切断刃の外周から8mmの位置まで挿入した。研削液供給ノズルの各スリットは、肉厚2.5mm、幅は0.6mmであり、切断刃がスリットの中央部に位置するように設定した。
また、被切断物であるNd−Fe−B系希土類焼結磁石は長さ99mm×幅30mm×高さ17mmに竪両頭研磨機を用いて6面とも±0.05mmの精度に加工したものを用いた。長さ方向に外周切断刃で切断し、一度に2.0mm厚の製品を多数個取りするが、この場合、磁石1ブロックから41枚を得る41枚取りである。
Nd−Fe−B系希土類焼結磁石は、磁石の幅方向に3ブロックを配列し、3つのブロック全体に対して、その切断方向両端側を長さ(磁石の幅方向)70mmで、幅(磁石の長さ方向)0.9mm、高さ(磁石の高さ方向)17mmで、各々の外周切断刃に対応する位置に同数(即ち、42本)のガイド溝を有する図5に示される態様の磁石固定治具により、切断位置とガイド溝とを合わせて固定した。この磁石固定治具のサイズは、磁石の長さ方向が100mm、幅方向が100mm、高さ方向が17mmであり、ガイド溝は、希土類焼結磁石側に設けられ、上下が連通している。固定に際しては、図5(a)に示される治具の奥側の側面を基準に位置合わせを行った。なお、この場合、磁石固定治具の上面(マルチ切断砥石ブレード側の面)と、被切断物であるNd−Fe−B系希土類焼結磁石の上面(マルチ切断砥石ブレード側の面)の高さは同じとし、磁石の長さ方向両端が、治具の両端から各々0.5mm内側に位置するように固定した。
切断操作は以下のとおりとした。
使用する研削液は30L/minとした。まず、マルチ切断砥石ブレードをNd−Fe−B系希土類焼結磁石を固定している一方の磁石固定治具上でNd−Fe−B系希土類焼結磁石側に降下させ、各々の外周切断刃をその外周から9mm各々のガイド溝に挿入し、マルチ切断砥石ブレードを7,000rpm(周速42m/sec)で回転させ、研削液を研削液供給ノズルから供給しながら、20mm/minの速度で他方の磁石固定治具側へ移動させて切削し、更に、マルチ切断砥石ブレードの高さを変えずに、上記一方の磁石固定治具側に戻して、Nd−Fe−B系希土類焼結磁石に切削溝(深さ9mm)を形成した。
その後、基準とした図5(a)に示される治具の手前側の側面が、天地反転後も手前側になるように回転させ、天地反転前と同様に、図5(a)に示される治具の奥側の側面を基準に位置合わせを行い、磁石を固定した。
次に、天地反転前の切削と同様に、マルチ切断砥石ブレードをNd−Fe−B系希土類焼結磁石を固定している一方の磁石固定治具上でNd−Fe−B系希土類焼結磁石側に降下させ、各々の外周切断刃をその外周から9mm各々のガイド溝に挿入し、マルチ切断砥石ブレードを7,000rpmで回転させ、研削液を研削液供給ノズルから供給しながら、20mm/minの速度で他方の磁石固定治具側へ移動させて切削し、更に、マルチ切断砥石ブレードの高さを変えずに、上記一方の磁石固定治具側に戻した。この動作により、磁石表面より深さ9mmの位置まで切削して切削溝を連通させて、磁石を切断した。
作製した外周刃を用いて切断された希土類磁石は、切断面間の中央部の厚みをマイクロメーターで測定し、切断寸法管理幅とした2.0±0.05mmであれば合格とし、寸法が外れた場合には、スペーサー厚みを調整し、管理幅内に入るようにマルチ切断砥石ブレードの修正を行った。更に、同じ外周切断刃の位置でスペーサー調整を3回以上実施の場合には、外周切断刃の安定性がないものと判断し、新しい外周切断刃と交換した。このような条件下、Nd−Fe−B系希土類焼結磁石1000ブロックを切断した。表2に切断状態の評価結果を示した。
Figure 0005505114
A:スペーサー調整回数
B:外周切断刃交換回数
表2から明らかなように、本発明のマルチ切断加工方法によって、超硬台板を用いた薄刃超硬砥石を使用しても、長期に亘り寸法精度が安定し、スペーサーの調整、外周切断刃の交換等を減らすことができ、生産性の向上と、更なる取り数向上が図れることがわかった。
[実施例3]
超硬合金(WC−90質量%/Co−10質量%の組成)製の145mmφ×40mmφ×0.5mmtのドーナツ円板状台板の外周縁部にレジンボンド法によりダイヤモンド砥粒を固着(平均粒径150μmの人工ダイヤモンドを体積含有率で25%含有させた)させてこれを砥石部(砥石外周刃)とし、外周切断刃(切断砥石ブレード)を作製した。砥石部の台板からの突き出しは片側0.05mm、即ち、砥石部の幅(台板の厚さ方向の幅)は0.6mmとした。
この外周切断刃を用いて、Nd−Fe−B系希土類焼結磁石を被切断物として切断試験を行った。切断試験は次のような条件で行った。外周切断刃を、スペーサーを挟んで3.1mm間隔で14枚組んでマルチ切断砥石ブレードとした。スペーサーは100mmφ×40mmφ×3.1mmtのものを用いた。これは、切断後の希土類磁石の厚さを3.0mmtとする設定である。
14枚の外周切断刃と13枚のスペーサーで組んだマルチ切断砥石ブレードを、図3に示される研削液供給ノズルのスリット内に、外周切断刃の外周から8mmの位置まで挿入した。研削液供給ノズルの各スリットは、肉厚2.5mm、幅は0.8mmであり、切断刃がスリットの中央部に位置するように設定した。
また、被切断物であるNd−Fe−B系希土類焼結磁石は長さ47mm×幅70mm×高さ40mmに竪両頭研磨機を用いて6面とも±0.05mmの精度に加工したものを用いた。長さ方向に外周切断刃で切断し、一度に3.0mm厚の製品を多数個取りするが、この場合、磁石1ブロックから13枚を得る13枚取りである。
Nd−Fe−B系希土類焼結磁石は、その切断方向両端側を長さ(磁石の幅方向)100mmで、幅(磁石の長さ方向)0.8mm、高さ(磁石の高さ方向)42mmで、各々の外周切断刃に対応する位置に同数(即ち、14本)のガイド溝を有する図4に示される態様の磁石固定治具により、切断位置とガイド溝とを合わせて固定した。固定に際しては、図4(a)に示される希土類焼結磁石の手前側の側面を基準に位置合わせを行った。なお、この場合、磁石固定治具の上面(マルチ切断砥石ブレード側の面)と、被切断物であるNd−Fe−B系希土類焼結磁石の上面(マルチ切断砥石ブレード側の面)の高さは同じとした。
切断操作は以下のとおりとした。
使用する研削液は30L/minとした。まず、マルチ切断砥石ブレードをNd−Fe−B系希土類焼結磁石を固定している一方の磁石固定治具上でNd−Fe−B系希土類焼結磁石側に降下させ、各々の外周切断刃をその外周から1mm各々のガイド溝に挿入し、マルチ切断砥石ブレードを9,000rpm(周速59m/sec)で回転させ、研削液を研削液供給ノズルから供給しながら、150mm/minの速度で他方の磁石固定治具側へ移動させて切削し、更に、マルチ切断砥石ブレードの高さを変えずに、上記一方の磁石固定治具側に戻して、Nd−Fe−B系希土類焼結磁石に切削溝(深さ1mm)を形成した。
次に、上記一方の磁石固定治具上で、マルチ切断砥石ブレードをNd−Fe−B系希土類焼結磁石側に更に1mm降下させ、マルチ切断砥石ブレードを9,000rpmで回転させ、研削液を研削液供給ノズルから供給しながら、150mm/minの速度で他方の磁石固定治具側へ移動させて切削し、更に、マルチ切断砥石ブレードの高さを変えずに、上記一方の磁石固定治具側に戻した。この動作を合計21回繰り返し、磁石表面より深さ21mmの切削溝を形成した。
その後、磁石固定治具から磁石を一旦取り外し、基準とした図4(a)に示される希土類焼結磁石の手前側の側面が、天地反転後も手前側になるように回転させ、天地反転前と同様に、図4(a)に示される希土類焼結磁石の手前側の側面を基準に位置合わせを行い、磁石を再び固定した。
次に、天地反転前の切削と同様に、マルチ切断砥石ブレードをNd−Fe−B系希土類焼結磁石を固定している一方の磁石固定治具上でNd−Fe−B系希土類焼結磁石側に降下させ、各々の外周切断刃をその外周から1mm各々のガイド溝に挿入し、マルチ切断砥石ブレードを9,000rpmで回転させ、研削液を研削液供給ノズルから供給しながら、150mm/minの速度で他方の磁石固定治具側へ移動させて切削し、更に、マルチ切断砥石ブレードの高さを変えずに、上記一方の磁石固定治具側に戻して、Nd−Fe−B系希土類焼結磁石に切削溝(深さ1mm)を形成した。
次に、上記一方の磁石固定治具上で、マルチ切断砥石ブレードをNd−Fe−B系希土類焼結磁石側に更に1mm降下させ、マルチ切断砥石ブレードを9,000rpmで回転させ、研削液を研削液供給ノズルから供給しながら、150mm/minの速度で他方の磁石固定治具側へ移動させて切削し、更に、マルチ切断砥石ブレードの高さを変えずに、上記一方の磁石固定治具側に戻した。この動作を合計20回繰り返し、磁石表面より深さ20mmの位置まで切削して切削溝を連通させて、磁石を切断した。
切断された希土類磁石は、図6(c)に示されるような切断面間の角部及び中央部の5点の厚みをマイクロメーターで測定し、最大値と最小値との差を求めた。結果を図6(a)に示した。
[比較例2]
マルチ切断砥石ブレードに使用するスペーサーを60mmφ×40mmφ×3.1mmtのものを用い、磁石の天地を反転させず、一方側のみから、磁石の高さ全体を、1mmずつ計41回の切削操作によって磁石を切断した以外は実施例3と同様にして、Nd−Fe−B系希土類焼結磁石の切断を実施し、切断状態を評価した。結果を図6(b)に示した。
図6から明らかなように、本発明のマルチ切断加工方法により、切断精度が格段に向上することがわかる。
1 マルチ切断砥石ブレード(マルチ切断刃)
11 切断砥石ブレード(外周刃)
11a 砥石外周刃(砥粒部)
11b 台板
12 回転軸(シャフト)
13 スペーサー
2 研削液供給ノズル
21 スリット
22 研削液導入口
31 磁石押圧部材
32 ベース板
31a ガイド溝
m 希土類磁石
101 成形品
102 焼結・熱処理品
103 加工処理品(製品)

Claims (7)

  1. 薄板円板状又は薄板ドーナツ円板状の台板の外周縁部に砥石外周刃を備える切断砥石ブレードを回転軸にその軸方向に沿って所定の間隔で複数配列し、上記複数の切断砥石ブレードを回転させて希土類焼結磁石を切削してマルチ切断加工する方法であって、
    希土類焼結磁石上面側から下方に向けて切削操作を開始し、希土類焼結磁石を分断することなく一旦切削操作を停止し、希土類焼結磁石の天地を反転させ、該反転前後で形成される切削溝の位置が上下で一致するように希土類焼結磁石を配置して、反転後の希土類焼結磁石上面側から下方に向けて切削操作を再開し、反転前後で形成される切削溝を連通させて切断することを特徴とする希土類焼結磁石のマルチ切断加工方法。
  2. 希土類焼結磁石の切断されない側面を基準面とし、該基準面を一致させるように希土類焼結磁石の天地を反転させることにより、反転前後で形成される切削溝の位置を上下で一致させることを特徴とする請求項1記載のマルチ切断加工方法。
  3. 希土類焼結磁石を固定治具に固定し、該固定治具の側面を希土類焼結磁石の切断面と平行になるように配置して上記側面を基準面とし、該基準面を一致させるように固定治具の天地を反転させることにより、希土類焼結磁石の天地を反転させると共に、反転前後で形成される切削溝の位置を上下で一致させることを特徴とする請求項1記載のマルチ切断加工方法。
  4. 固定治具に複数の希土類焼結磁石を固定し、上記固定治具の反転により、複数の希土類焼結磁石の反転前後で形成される切削溝の位置を同時に一致させることを特徴とする請求項3記載のマルチ切断加工方法。
  5. 上記反転前に形成される切削溝の深さが、切断する希土類焼結磁石の高さの40〜60%であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のマルチ切断加工方法。
  6. 上記希土類焼結磁石の高さが5〜100mmであり、上記希土類焼結磁石上面側から下方に向けた切削操作及び上記反転後の希土類焼結磁石上面側から下方に向けた切削操作の双方において、台板の外径が80〜250mmであり、有効径が200mm以下である切断砥石ブレードで切削することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のマルチ切断加工方法。
  7. 2〜100の切断砥石ブレードを配列してなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載のマルチ切断加工方法。
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