JP6303789B2 - ロータからの磁石回収方法および磁石回収設備 - Google Patents

Description

本発明は、特に使用済みの自動車用モータのロータから永久磁石を回収する際に用いて好適なロータからの磁石回収方法および磁石回収設備に関するものである。

近年、省エネや環境保護の観点から、自動車業界は、各社が次々とハイブリッド車や電気自動車などの次世代環境対応車の開発および販売を行っている。その進歩は目覚ましいものがあり、特にハイブリッド車や電気自動車の心臓部とも言えるモータやバッテリーにおいては、小型化および高性能化が図られている。またそれに伴い、レアメタルやレアアースなどの原材料は、モータのロータ等において希土類磁石として使用されており、その調達が難しくなる可能性もあることから、使用済みの上記モータからの回収も要請されている。

一方、洗濯機のモータなどに使用されている希土類磁石を回収する方法として、例えば下記特許文献１においては、第１のキュリー温度を有する希土類磁石と上記第１のキュリー温度より高い第２のキュリー温度を有する強磁性材とを含む構造物を、上記第１と第２のキュリー温度の中間温度に加熱する工程と、上記加熱された構造物の中から上記強磁性材を磁気吸引により選別し第１のシューターへ搬送する工程とを備え、上記第１のキュリー温度より高い第２のキュリー温度を有する強磁性材を第１のシューターに、第１のキュリー温度を有する希土類磁石を含む構造物を第２のシューターに収集する希土類磁石と強磁性材とを含む構造物の分別方法が提案されている。

この従来の分別方法を用いることにより、モータをロータとステータとに分解した後に、当該ロータを加熱炉に投入し、内装されている希土類磁石のキュリー温度以上に加熱することにより、ロータを覆っている樹脂を灰化させることができるとともに、上記希土類磁石を脱磁させることができ、効率的に希土類磁石素材を回収することができる。

しかしながら、上記レアアース（希土類元素）を含有する希土類磁石が使用されているハイブリッド車など次世代環境対応車のモータは、希土類磁石が使用されているエアコンや冷蔵庫のコンプレッサ、または洗濯機のモータなどに比べて数倍も大きく、また重量も嵩むとともに、構造上、ロータ内に組み込まれている希土類磁石を取り外すことが難しいという問題点がある。

図８は、上記ハイブリッド車において用いられているモータのロータを示すもので、このロータ１は、厚さ寸法が０．３〜０．５ｍｍ程度の円環板状の金属板２が、約２００枚程度積層されることによって長さ寸法が７０〜１００ｍｍ程度の円筒状に形成されたもので、これら金属板２には、円周方向の複数個所（図では１６か所）に、当該ロータ１の軸線と平行に延在して両端面に開口する孔部３が形成されており、この孔部３内に希土類磁石（永久磁石）４が挿入されている。

ここで、希土類磁石４は、断面長方形であって、長さ寸法がロータ１の軸線方向の長さ寸法と等しい柱状に形成されている。また、孔部３は、希土類磁石４の幅方向（断面の長手方向）の両端部側に、断面三角形状の空隙が形成されており、当該空隙に充填された接着剤５により希土類磁石４が孔部３内に固定されている。

したがって、上記構成からなるロータにあっては、孔部３に挿入された長尺の希土類磁石４が、狭隘な空隙に充填された接着剤５によって固定された堅牢な構造であるとともに、上記接着剤５は、加熱後に完全には灰化されずに脆化した状態で依然として孔部３内に密に充填されている形態が保持されるために、上記希土類磁石４を取り出すことが難しいという問題点があった。

しかも、ロータ１は、多数枚の薄肉の鋼板２が積層されることによって構成されているために、上記希土類磁石４を抜き出すべくハンマー等によって外周側や端面側から強い打撃を加えると、打撃が加えられた個所のみが局部的に変形してしまい、かえって変形した部分の近傍の孔部３も変形して、挿入されている希土類磁石４が抜け難くなり、また割れてしまうという問題点もあった。

特開２００１−２１９０９３号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数枚の円環板状の金属板を貫通するようにして組み込まれた磁石が接着剤により強固に固定されたロータから、上記磁石を容易にそのままの形状で回収することができるロータからの磁石回収方法および磁石回収設備を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、複数枚の円環板状の金属板が接合されることにより全体として円筒状に形成され、円周方向の複数個所に形成された端面間に貫通する孔部に磁石が組み込まれて接着剤により固定されたロータから、上記磁石を回収するための方法であって、上記ロータを、キュリー温度または上記接着剤の灰化温度のいずれか高い温度まで加熱した後に、上記ロータの端面の上記金属板に上記金属板が共振する振動を加えることにより上記接着剤および上記磁石を上記孔部から離脱させることを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記ロータは、隣接する上記金属板同士が加締めにより接合されていることを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記金属板に、当該金属板のｎ次（ｎは1以上の整数）の固有周期の振動を加えることを特徴とするものである。

次いで、請求項４に記載の発明は、複数枚の円環板状の金属板が接合されることにより全体として円筒状に形成され、円周方向の複数個所に形成された端面間に貫通する孔部に磁石が組み込まれて接着剤により固定されたロータから、上記磁石を回収するための設備であって、上記ロータをキュリー温度または上記接着剤の灰化温度のいずれか高い温度まで加熱する加熱手段と、この加熱手段で加熱された上記ロータの端面の上記金属板に上記金属板が共振する振動を加える加振手段とを備えてなることを特徴とするものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、上記加熱手段と上記加振手段との間に、上記ロータを上記金属板間において軸線方向と直交する方向に切断して複数に分割する切断手段を備えてなることを特徴とするものである。

請求項１〜３のいずれかに記載の磁石回収方法および請求項４および５に記載の磁石回収設備によれば、ロータをキュリー温度または接着剤の灰化温度のいずれか高い温度まで加熱して磁石の脱磁および上記接着剤の脆化を行った後に、上記ロータの端面の金属板に当該金属板が共振する振動を加えると、上記ロータは複数枚の円環板状の金属板が接合されることにより全体として円筒状に形成されたものであるために、個々の金属板が面外方向に細かく往復変位動する。

そして、上記面外方向の細かな往復変位動は、金属板の積層方向において位相差が生じるために、複数枚の金属板によって形成されている孔部の内壁が、軸線方向に細かく揺れ動くことになる。この結果、孔部内において脆化している接着剤が、個々の金属板の位相差を持った往復変位動によって解され、粉末状となって孔部から落下する。これにより、孔部における磁石の拘束が解かれるために、当該磁石を容易に孔部から取り出すことができる。

特に、請求項２に記載の発明にように、隣接する金属板同士が加締めにより接合されてロータが構成されている場合には、各々の金属板の共振による面外方向への大きな変位によって上記加締めによる連結を外すことが可能になるために、このような振動を与えることが効果的である。

また、ロータの端面の金属板に与える振動は、金属板に共振による所謂ビビリ振動を生じるような周期の振動であることが好ましく、さらには請求項３に記載の発明のように、上記金属板のｎ次（ｎは1以上の整数）の固有周期の振動を加えれば、さらに激しい共振を生じることから最適である。

さらに、例えば電気自動車におけるモータのロータにあっては、ハイブリッド車のモータのロータに比較して、さらに軸線方向の長さ寸法が大きなものになる。このため、ロータの端面の金属板に当該金属板が共振する振動を加えても、内部の金属板まで効果的に振動させることが難しくなる。

この点、請求項５に記載の発明においては、加熱手段と加振手段との間に、切断手段を設けているために、当該切断手段によってロータを金属板間において軸線方向と直交する方向に切断して複数に分割することにより、これに対応することが可能になる。

本発明のロータからの磁石回収設備の一実施形態における加熱装置を示す概略構成図である。 図１の後段に設けられた冷却装置を示す概略構成図である。 図２の後段に設けられた切断装置を示す概略構成図である。 図３の後段に設けられた磁石回収装置を示す概略構成図である。 図４の後段に設けられた選別装置を示す概略構成図である。 本発明のロータからの磁石回収方法の一実施形態を説明するための図で、ロータの端面の金属板にこれが共振する振動を加えた際に接着剤粉末が落下する状態を示す斜視図である。 図６に続いてロータから希土類磁石が落下する状態を示す斜視図である。 本発明の上記実施形態において対象となるハイブリッド車のモータのロータ形状を示す平面図である。

図１〜図７に基づいて、本発明に係るロータからの磁石回収方法および磁石回収設備を、例えば図８に示した構造のロータ１から希土類磁石４を回収するためのものに適用した一実施形態について説明する。
ちなみに、対象となるロータ１は、厚さ寸法が約０．３５ｍｍの珪素鋼板（金属板）２が、加締めによって複数枚接合されることにより、軸線方向の長さ寸法が約７０ｍｍの円筒状に形成されたもので、希土類磁石４が熱硬化性樹脂であるフェノール系樹脂を用いた接着剤５によって孔部３内に固定されているものである。

図１〜図５は、上記磁石回収設備を示すものである。この磁石回収設備は、ロータ１を加熱する電気式の加熱炉１０を備えた加熱装置（加熱手段）１１と、この加熱装置１１で加熱されたロータ１を冷却ファン１２によって冷却する冷却装置１３と、冷却されたロータ１を切断分割する切断装置（切断手段）１４と、切断されたロータ１に振動を加える磁石回収装置（加振手段）１５と、回収された希土類磁石４と接着剤３の粉末とを選別する選別装置１６とから概略構成されたものである。

次いで、図１〜図７に基づいて、上記磁石回収設備を用いた磁石回収方法の一実施形態について説明する。
先ず、ロータ１を、図１に示した加熱装置１１の加熱炉１０内に配置して、加熱炉１０内において、希土類磁石４のキュリー温度およびフェノール系樹脂からなる接着剤５の灰化温度以上の温度（例えば、約７００℃）まで加熱して、希土類磁石４の脱磁および接着剤５の灰化を行った後に、図２に示した冷却装置１３に送って冷却ファン１２により常温程度まで冷却する。

次いで、このロータ１を、図３に示す切断装置１４のシリンダ式送出し治具１７に取り付け、シリンダ１７ａを進退させて位置決めした後に、カッター１８のシリンダ１８ａを前進させて、ロータ１を珪素鋼板２の間に挿入した希土類磁石４と共に軸線方向と直交する方向に切断することにより、約３５ｍｍの厚さ寸法のものに分割する。

そして、この切断されたロータ１を、図４に示す磁石回収装置１５の載置台１９上に設けられた回転台２０に当該ロータ１の端面がほぼ水平になるように取り付ける。この回転台２０は、ロータ１を軸線周りに所定の回転角度ごとステップ的に回転させるものである。次いで、回転台２０に取り付けられたロータ１の端面の珪素鋼板２の所定位置に、エアハンマ２１によって珪素鋼板２が共振する振動（例えば、３０００〜４０００回／分の振動）を加える。

すると、先ず図６に示すように、各々の珪素鋼板２における面外方向への細かな往復変位動によって、孔部３の内壁が軸線方向に細かく揺れ動き、この結果孔部３内における灰化した接着剤５が解されて、粉末状となって孔部から落下する。これにより、孔部３内における希土類磁石４の拘束が解かれるために、図７に示すように、希土類磁石４が孔部３内から軸線方向に向けて送り出されるようにして当該孔部３から自動的に離脱し、概ね元形状のままで落下する。

そして、ロータ１の端面の１箇所からの加振によって、全ての希土類磁石４が落下しなかった場合には、回転台２０によってロータ１を軸線周りに所定の回転角度だけ回転させて、再び上記工程を実施する。

これにより、希土類磁石４および接着剤５が分離された珪素鋼板２のみの集合体１ａが回収されるとともに、磁石回収装置１５の底部には、希土類磁石４と接着剤５の粉末との混合物が回収される。そこで次に、上記混合物を選別装置１６の天井部に設けられたホッパー状の投入口１６ａから下方のマグネットプーリ２２の外周に向けて落下させる。このマグネットプーリ２２は、軸線周りに回転しつつ、図中右半分の領域２２ａが磁石となり、左半分の領域２２ｂに至ると磁気が解除される汎用のものである。

この結果、磁石領域２２ａにおいて、磁気的吸引がなされない接着剤５の粉末は、そのまま下方の接着剤回収ボックス２３内に落下し、磁石領域２２ａにおいてマグネットプーリ２２に磁気的吸着した希土類磁石４は、そのまま同伴して領域２２ｂにおいて磁気の解除とともに下方の磁石回収ボックス２４に落下する。これにより、希土類磁石４と接着剤５との選別が行われる。

以上説明したように、上記構成からなるロータからの磁石回収設備およびこれを用いた磁石回収方法によれば、ロータ１を加熱して希土類磁石４の脱磁および接着剤５の灰化を行った後に、ロータ１の端面の珪素鋼板２に当該珪素鋼板２が共振する振動を加え、これら珪素鋼板２によって形成されている孔部３の内壁を細かく揺れ動かして、孔部３内の接着剤５を解し、粉末状として孔部３から落下させることができる。

この結果、孔部３内において接着剤５による拘束が解かれた希土類磁石４を、ほぼそのままの形状で孔部３から抜き出すことができるために、複数枚の珪素鋼板２を貫通するようにして希土類磁石４が組み込まれて熱硬化性樹脂からなる接着剤５により強固に固定されたロータ１から、上記希土類磁石４を容易に回収することができる。

さらに、本実施形態においては、磁石回収装置（加振手段）１５の前段に切断装置１４を設け、この切断装置１４のカッター１８によって、ロータ１を珪素鋼板２間において軸線方向と直交する方向に切断して複数に分割することができるために、ハイブリッド車のモータのロータに比較して、さらに軸線方向の長さ寸法が大きな電気自動車用モータのロータに対しても対応することができる。

１ ロータ
２ 珪素鋼板（金属板）
３ 孔部
４ 希土類磁石
５ 接着剤
１０ 加熱炉
１１ 加熱装置（加熱手段）
１４ 切断装置（切断手段）
１５磁石回収装置（加振手段）
２１ エアハンマ

Claims (5)

1. 複数枚の円環板状の金属板が接合されることにより全体として円筒状に形成され、円周方向の複数個所に形成された端面間に貫通する孔部に磁石が組み込まれて接着剤により固定されたロータから、上記磁石を回収するための方法であって、
   上記ロータを、キュリー温度または上記接着剤の灰化温度のいずれか高い温度まで加熱した後に、上記ロータの端面の上記金属板に上記金属板が共振する振動を加えることにより上記接着剤および上記磁石を上記孔部から離脱させることを特徴とするロータからの磁石回収方法。
2. 上記ロータは、隣接する上記金属板同士が加締めにより接合されていることを特徴とする請求項１に記載のロータからの磁石回収方法。
3. 上記金属板に、当該金属板のｎ次（ｎは1以上の整数）の固有周期の振動を加えることを特徴とする請求項１または２に記載のロータからの磁石回収方法。
4. 複数枚の円環板状の金属板が接合されることにより全体として円筒状に形成され、円周方向の複数個所に形成された端面間に貫通する孔部に磁石が組み込まれて接着剤により固定されたロータから、上記磁石を回収するための設備であって、
   上記ロータをキュリー温度または上記接着剤の灰化温度のいずれか高い温度まで加熱する加熱手段と、この加熱手段で加熱された上記ロータの端面の上記金属板に上記金属板が共振する振動を加える加振手段とを備えてなることを特徴とするロータからの磁石回収設備。
5. 上記加熱手段と上記加振手段との間に、上記ロータを上記金属板間において軸線方向と直交する方向に切断して複数に分割する切断手段を備えてなることを特徴とする請求項４に記載のロータからの磁石回収設備。