JP5842838B2 - 磁石の回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、使用済み磁石のリサイクルに関するものである。

希土類資源の高騰を背景に、これらの資源の国内循環の必要性が高まっている。希土類は製品の高効率化・高性能化・小型化に重要な資源であり、日本においてはモータをはじめとして多くの製品に使われている。希土類磁石が用いられている製品としては、家電製品ではルームエアコン、冷蔵庫、除湿機など、産業用製品ではサーボモータやエレベータの巻上機用モータなどがある。家電製品に関しては、家電リサイクル法などの施行もあり、希少金属類の回収技術の開発が進んでおり、例えば、特許文献１や特許文献２では、使用済み製品からの希土類磁石の回収方法が開示されている。特許文献１では、使用済み製品を破砕機により磁石ごと破砕し、磁選等で磁石材料を回収することが記載されている。また、特許文献２では、水素雰囲気中で加熱処理することで希土類磁石を積極的に脆くして粉末状で回収することが記載されている。

特開２０１０−１９２５７５号公報 特開２０１２−０６２５３２号公報

しかしながら、従来の特許文献１や特許文献２に開示されている技術では、いずれも回収する磁石を粉砕するため、洗濯機のモータのように複数種（例えば、Ｎｄ系磁石とＳｍ系磁石の組み合わせ）の磁石が１つのロータに組み込まれている場合では、ロータごと粉砕してしまうとＮｄ系磁石の粉砕粉とＳｍ系磁石の粉砕粉とが混在してしまい、それらを分離して回収するのに手間がかかり効率的でない上、Ｎｄ系磁石粉中にＳｍ系磁石粉が混在してしまうとリサイクルして製造したＮｄ系磁石の磁気特性に影響を及す可能性があるため問題であった。

そこで、本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、複数種の磁石が固定されたモータであっても、回収対象とする磁石に他種の磁石を混在させることなく効率的に回収する方法を提供することを目的としている。

この発明に係る磁石の回収方法は、第一の磁石と、第一の磁石より高いキュリー温度を有する第二の磁石とが有機系材料を介して固定された分離対象物から、第一の磁石を分離して回収する磁石の回収方法であって、第一の磁石または第二の磁石のうち少なくとも一方を磁気シールド材で覆う準備工程、準備工程の後に第一の磁石のキュリー温度以上であって第二の磁石の同温度以下の温度範囲であり、かつ有機系材料が熱分解する温度範囲で分離対象物を加熱する加熱工程、及び加熱工程で前記分離対象物から分離された第一の磁石を回収する回収工程を備えていることを特徴とする磁石の回収方法である。

本発明に係る磁石の回収方法においては、上記のように構成したので、他種の磁石を混在させることなく回収対象とする磁石を効率的に回収することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る磁石回収プロセスのフロー図である。 この発明の実施の形態１に係る磁石回収を行う構成の模式図である。 この発明の実施の形態１に係る磁石回収プロセスを、フロー順に見た磁石分離の概念図である。

実施の形態１．
はじめに、本発明の実施の形態における磁石回収プロセスについて、図面を参照しながら説明する。なお、図は模式的なものであり、示された構成要素の正確な大きさなどを反映するものではない。また、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通する。

本形態では、モータのロータ本体に磁石が固定された使用済み製品から磁石を回収する例を説明する。なお、本形態では１つのロータ本体等に複数種の磁石（第一の磁石として例えばＮｄ系磁石２と、第二の磁石としてＳｍ系磁石３）が固定されている場合を例として説明する。

まず、本形態に係る磁石回収プロセスの全体構成から説明する。図１は、本形態に係る磁石回収プロセスのフロー図である。
磁石の回収方法は、
（１）磁気シールド材（鉄などの強磁性材）で各磁石を覆う準備工程、
（２）第一の磁石のキュリー温度以上で第二の磁石の同温度以下の温度範囲であって、かつ接着剤やモールド材等が熱分解する温度範囲で加熱する加熱工程、
（３）使用済み製品から脱落した第一の磁石を回収する回収工程、
を含む工程から構成される。

さらに、磁石回収プロセスについて詳細に説明する。図２は磁石回収を行うプロセス中であって、後述する準備工程から回収工程中のロータの様子を模式的に示した斜視図である。また、図３は磁石回収をフロー順に見た磁石回収プロセスの概念図である。なお、図３は、図２中のロータの平面図であって、フロー順に見たものである。

図２を参照して、使用済み製品であるモータのロータは、架台７に載置されている。なお、ロータ本体１に複数種の磁石（Ｎｄ系磁石２と、Ｓｍ系磁石３）が固定されている。 固定の方法は、有機系材料、例えば接着剤やモールド樹脂で固定されている。例えば、エポキシ系接着剤、ポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹脂（アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂）、ＰＢＴ樹脂（ポリブチレンテレフタレート樹脂）又はＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンスルファイド樹脂）等を主成分とする有機系材料が想定される。これらの有機系樹脂には、ガラス繊維などのフィラーと呼ばれる無機系充填材が混合されている場合もある。
また。架台７は、支柱９によって支持されている。そのため、架台７の下部には、回収する第一の磁石５のサイズより広めの空間８が確保されている。さらに、架台７には、ロータ本体から分離されて落下する回収磁石５が通過するに十分な開口１０が設けられている。なお、理解の容易化のため、磁気シールド材４を透視してＮｄ系磁石２とＳｍ系磁石３とを描写している。

さらに、これらの磁石を磁気シールドするための磁気シールド材４が、Ｎｄ系磁石２とＳｍ系磁石３を覆っている。また、磁気シールド材４には、図面上の上下部分に開口部６が設けられている。開口部６は、磁気シールド材４が分離対象物（ロータ本体１）に固定されたときに、磁気シールド材４とロータ本体１との間にできる隙間であって、Ｎｄ系磁石２が通過可能な大きさのサイズである。逆に言えば、磁気シールド材は、磁気シールド材と分離対象物との間に第一の磁石が通過可能な開口部が形成されるような形状となっている。

つぎに、図３を参照して、使用済み製品であるモータのロータからＮｄ系磁石２を回収するプロセスをフロー順に詳細に説明する。
図３の（Ａ）を参照して、Ｎｄ系磁石２とＳｍ系磁石３とが交互にモータのロータ本体１に接着剤で固定されている使用済み製品を、架台７に載置する。なお、架台７は煩雑さを回避するために図３には図示していない。

ここで、モータのロータを架台７に載置しているが、これは必須の要件ではない。
しかし、ロータ下部に図２に示すような空間８を設け、磁気シールド材４はその空間に向いた面が開放されているようにすること（すなわち、開口部６）もできる。つまり、後述する加熱工程においてＮｄ系磁石が脱磁されたときに、開放された面（開口部６）を通してロータ下部の空間８にＮｄ系磁石２が落下し、Ｓｍ系磁石３と十分距離が遠くなるため、磁気シールド材４が閉じた構造となっていなくても、冷却後にＮｄ系磁石２がＳｍ系磁石３に引き寄せられることを回避できる。

つぎに、準備工程として、このロータ本体１に鉄で構成される磁気シールド材を固定する。本形態では、Ｎｄ系磁石２及びＳｍ系磁石３を磁気シールド材で個々に覆っている。なお、磁気シールド材には、鉄の他、パーマロイなど強磁性体を用いることができる。係る工程が図３の（Ｂ）の状態である。

ここで、磁気シールド材４及びこれに関連する事項について説明する。図３では磁気シールド材４が磁石（Ｎｄ系磁石２、Ｓｍ系磁石３）を覆うように図示しているが、Ｎｄ系磁石２を回収する際にＮｄ系磁石２がＳｍ系磁石３にくっついていなければよく、必ずしも完全に覆っていなくても良い。

また、磁気シールド材４の厚さは特に制限はないが、取り扱いの観点から０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とするのが望ましい。厚さが０．５ｍｍ以下となると何度も使用しているうちに部材が変形してしまい再利用が困難になり、厚さが２ｍｍ以上となると部材が重くなり、先に述べたような磁力による固定が、加熱処理後も含め、できなくなる可能性があるからである。

さらに、加熱工程として、磁気シールド材４が固定された磁石付のロータ本体１を、真空中または不活性ガス中でＮｄ系磁石のキュリー温度以上でＳｍ系磁石のキュリー温度以下（例えば、３５０〜４５０℃）で加熱処理する。係る工程が図３の（Ｃ）の状態である。このような温度範囲の加熱では、Ｎｄ系磁石２の脱磁の他、接着剤の分解も同時に行うことができる。加熱処理中では、接着剤が分解されて磁石とロータとの接着力が消失すると同時にＮｄ系磁石は磁力を消失する。そのため、磁力で固定されていた磁気シールド材４とＮｄ系磁石２はロータ本体１から分離される。本形態では、磁力を消失したＮｄ系磁石２は、架台７の下の空間８に落下することとなる。なお、ロータ本体１から分離したＮｄ系磁石２を本形態では、回収磁石５と表現している。

一方、Ｓｍ系磁石３の部位は、接着剤が分解してもＳｍ系磁石３のもつ磁力で、Ｓｍ系磁石３と磁気シールド材４はロータ本体１に固定されたままになる。

なお、加熱炉２０に入れて加熱処理雰囲気を真空中または不活性ガス中としているが、大気中でも同様の効果は得られる。ただし、大気中での加熱は磁石が酸化してしまう可能性があり、回収した磁石に酸素が混入するとそれを原料とした再生磁石の磁気特性の悪化を招くので、酸素がある雰囲気は避けた方が望ましい。

加熱処理を終えて冷却後、Ｎｄ系磁石２はロータ本体１から離れており、Ｓｍ系磁石３は磁気シールド材４ごとロータ本体１に固定されたままなので、Ｎｄ系磁石２だけを容易に回収することが可能となる。係る工程が図３の（Ｄ）状態であり、回収工程である。

なお、上述した加熱処理温度範囲で接着剤を分解しても、磁石とロータ本体１とが分離しきれていない場合があるため、加熱処理中または冷却後に振動を加えることで磁石とロータを分離しやすくしても良い。ここでいう振動とは、超音波などによる微振動やハンマーなどを用いた機械的な衝撃も含む。

上記により、回収対象とする磁石の回収方法は完結するが、Ｎｄ系磁石２を回収できた後にロータに固定されたままの磁気シールド材４を回収して再利用する場合の回収方法について説明する。磁気シールド材４はＳｍ系磁石３の磁力で固定されているが、Ｓｍ系磁石３は数１００℃で加熱されているため加熱処理前に比べて磁力が低下している。手で分離できる場合もあるが、手で分離できない場合は、外部からの磁力を利用したり、衝撃力を利用したりして分離することもできる。磁力を利用する場合は、例えば希土類磁石を用いることもできるが、希土類磁石に固定された磁気シールドを分離する手段が別途必要になるため、電磁石を用いた方が好ましい。電磁石を用いることで、電流制御により、必要なときに磁力を発生させ、不要なときには磁力を消失させることができる。また、磁力は電流の調整で制御可能である。このため、電磁石は取り扱いが容易で、磁気シールド材の回収に都合が良い。

上述したように、本発明の磁石回収プロセスにより、回収対象とする磁石のみを回収することが可能となる。また、磁気シールド材４があることで、加熱処理を終えて冷却後にＳｍ系磁石３にＮｄ系磁石２が張り付くことや、Ｓｍ系磁石３に張り付いたときの衝撃でＮｄ系磁石２が割れることを防止できる。したがって、回収対象とする磁石に他種の磁石を混在させることなく効率的に回収することができる。

上術の形態は一例であり、Ｎｄ系磁石がＳｍ系磁石にくっつかずに回収できれば良く、図１のフローを実現できればどのような手法でも良い。また、本形態では、ロータ本体の外側に磁石が取り付けられている例を取り上げてきたが、ロータ本体の内側に磁石が取り付けられている場合においても本形態における回収プロセスが同様に適用できる。
さらに、分離対象物はロータでなくともよくステータについても本発明は適用可能である。また、分離対象物はモータでなく発電機であっても本発明は適用可能である。

また、Ｎｄ系磁石とＳｍ系磁石を例に説明したが、キュリー温度の差を利用して選別するものであるので、他の種類の磁石にも応用できる。

さらに、実施の形態１では、Ｎｄ系磁石２およびＳｍ系磁石３にそれぞれ磁気シールド材４を付けて磁気シールドした。しかし、Ｎｄ系磁石２がＳｍ系磁石３にくっつかなければ良いので、Ｎｄ系磁石２またはＳｍ系磁石３のうち少なくとも一方を磁気シールド材で覆えば、磁石どうしがくっつくことはない。したがって、第一の磁石または前記第二の磁石のうち少なくとも一方を磁気シールド材で覆う形態でもよい。
また、作業効率の観点から、回収対象とするＮｄ系磁石２に応じて、磁気シールドする対象を選定すればよく、全てのＮｄ系磁石２または全てのＳｍ系磁石３の一方を一つずつ磁気シールド材で覆う必要は無い。

なお、上述した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上述した実施形態の範囲に限られず、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１ ロータ本体、２ Ｎｄ系磁石、３ Ｓｍ系磁石、４ 磁気シールド材、５ 回収磁石、６ 開口部、７ 架台、８ 空間、９ 支柱、１０ 架台の開口、２０ 加熱炉。

Claims (5)

1. 第一の磁石と、前記第一の磁石より高いキュリー温度を有する第二の磁石とが有機系材料を介して固定された分離対象物から、前記第一の磁石を分離して回収する磁石の回収方法であって、
   前記第一の磁石または前記第二の磁石のうち少なくとも一方を磁気シールド材で覆う準備工程、
   前記準備工程後、前記第一の磁石のキュリー温度以上で前記第二の磁石の同温度以下で、かつ前記有機系材料が熱分解する温度範囲で前記分離対象物を加熱する加熱工程、及び
   前記加熱工程で前記分離対象物から分離された前記第一の磁石を回収する回収工程
   を備えていることを特徴とする磁石の回収方法。
2. 第一の磁石としてＮｄ系磁石、第二の磁石としてＳｍ系磁石を備えたモータのロータを分離対象物とした請求項１に記載の磁石の回収方法。
3. 準備工程において、第一の磁石及び第二の磁石を磁気シールド材で個々に覆うことを特徴とする請求項１に記載の磁石の回収方法。
4. 磁気シールド材で個別に第一の磁石を覆う場合の準備工程において、前記磁気シールド材と分離対象物との間に第一の磁石が通過可能な開口部が形成されるような形状の磁気シールド材を使用することを特徴とする請求項１に記載の磁石の回収方法。
5. 磁気シールド材で第二の磁石を覆う場合であって、回収工程の後に分離対象物に残存する磁気シールド材を回収する場合において、
   電磁石に前記磁気シールド材を付着させて前記分離対象物から前記磁気シールド材を引き離して回収する工程をさらに有する
   請求項１に記載の磁石の回収方法。

Images