JP3770879B2 - Rare earth alloy cutting method - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希土類合金の切断方法に関し、特に、芯線に砥粒を固着させたワイヤソーを用いて希土類合金を切断する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
希土類合金は、例えば、強力な磁石材料として利用されている。希土類合金を着磁することによって得られる希土類磁石は、例えば、磁気記録装置の磁気ヘッドの位置決めに用いられるボイスコイルモータ用の磁石として好適に用いられている。
【０００３】
希土類合金材料（インゴットや焼結体を含むものとする。）を切断する方法としては、従来から、例えば回転するスライシングブレードを用いて希土類合金材料をスライスする技術が採用されている。しかしながら、スライシングブレードで切断する方法によれば、切断刃の厚さが比較的大きいため、削りしろが多くなり、希土類合金材料の歩留まりが低く、希土類合金製品（例えば希土類磁石）のコストを上昇させる要因となっている。
【０００４】
スライシングブレードよりも削りしろが少ない切断方法として、ワイヤソーを用いた方法がある。例えば、特許文献１は、高強度の芯線の周面上に超砥粒をボンド層により固定したワイヤソー（「固定砥粒ワイヤソー」という。）を用いて、シリコン、ガラス、ネオジム、フェライト等の硬脆材料を切断できることを開示している。
【０００５】
上述のような固定砥粒ワイヤソーを用いて、希土類合金材料から少ない削り代で所定厚さの板を多数枚同時に作製することができれば、希土類磁石の製造コストが大幅に低減される。しかしながら、固定砥粒ワイヤソーを用いて希土類合金を量産レベルで切断したとの報告は未だに無い。
【０００６】
本発明者が種々検討した結果から、この主な原因として、希土類合金、特に、焼結法によって製造された希土類合金（以下、「希土類焼結合金」を呼ぶ。）の機械的な性質が、シリコン等と大きく異なることが挙げられる。具体的には、希土類焼結合金は、全体として脆く、且つ、硬い主相（すなわちＲ2Ｆｅ14Ｂ結晶粒）と、延性的な破壊を起こす粒界相とを有するので、シリコンに代表される硬脆材料と異なり、切削され難い。すなわち、シリコン等の硬脆材料を切断する場合に比べて、切削抵抗が高く、その結果、発熱量も多い。また、希土類合金の比重は、約７．５とシリコン等の材料に比べて大きく、切削によって生成される切削屑（スラッジ）が切削部から排出され難い。
【０００７】
従って、希土類合金を、高い加工精度で、効率良く切削するためには、切削抵抗を十分に低下させるとともに、切削時に発生する熱を効率良く放熱する、すなわち切削部を効率良く冷却する必要がある。また、切削によって生成される切削屑を効率良く排出する必要がある。
【０００８】
そこで、潤滑性に優れた冷却液（「切削液」ともいう。）を希土類合金の切削部に十分に供給することによって、切削抵抗を低下するとともに、切削時に発生する熱を効率良く放散することができる。発明者による実験の結果、油性の冷却液を用いて、ワイヤソーを十分な量の冷却液で濡らしておけば、走行するワイヤソーによって、狭い切削部に冷却液を十分に供給することができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１９８０２０号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、油性の冷却液には、環境破壊を起こさないように廃液を処理するためにコストがかかること、および、廃液中の切削屑を分別することが困難であり、廃液や切削屑の再利用が困難であるという問題がある。これらのことを考慮すると、冷却液としては水（または水溶性の冷却液）が好ましいのであるが、水を冷却液として用いると、水は粘度（１．０ｍｍ2／ｓ）が低いので、走行するワイヤソーに十分な量を付着させることができないので、ワイヤソーを水で濡らしても切削部に十分な量の水を供給することができない。
【００１１】
特許文献１は、冷却液の槽からオーバーフローする冷却液中にワイヤソーを走行させることによって、固定砥粒ワイヤソーを高速（例えば２０００ｍ／ｍｉｎ）で走行させる場合においても、冷却液をワイヤソーに確実に付着させることができることを開示している。しかしながら、本発明者の実験によると、オーバーフローしている水の中にワイヤソー（例えば、特許文献１に開示されている）を走行させながら希土類合金を切削しても、砥粒の脱落や、樹脂層の剥離、さらにひどい場合にはワイヤソーの断線が発生する。この不具合は、ワイヤソーの走行速度が例えば８００ｍ／ｍｉｎ程度でも発生した。
【００１２】
本発明は上記の諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、ワイヤソー装置で水を主成分とする冷却液を用いて希土類合金を切断する際のワイヤソーの寿命を長くすることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明による希土類合金の切断方法は、芯線に砥粒を樹脂層によって固着させたワイヤソーを用いる希土類合金の切断方法であって、前記希土類合金が前記ワイヤソーによって切削される部分を２５℃における表面張力が２５ｍＮ／ｍ〜６０ｍＮ／ｍの範囲内にある水を主成分とする冷却液中に浸漬した状態で、前記ワイヤソーを走行させることによって前記希土類合金を切削する工程を包含し、前記ワイヤソーとして、長さ方向において互いに隣接する前記砥粒間の平均距離が前記砥粒の平均粒径の１５０％以上４００％未満の範囲内にあり、前記砥粒が前記樹脂層の表面から突き出している部分の平均高さが前記砥粒の平均粒径の７０％以下であって、且つ、前記樹脂層の前記芯線に対する偏肉率が４０％以下であるワイヤソーを用いることを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
【００１４】
本発明による希土類合金の切断方法に用いられる水を主成分とする冷却液は、表面張力の代わりに動摩擦係数によって特定することもでき、前記希土類合金に対する２５℃における動摩擦係数が０．１〜０．３の範囲内にある冷却液を用いることを特徴とする。
【００１５】
前記砥粒の平均粒径Ｄは、２０μｍ≦Ｄ≦６０μｍの関係を満足することが好ましい。
【００１６】
前記芯線の直径は０．１５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
【００１７】
好ましい実施形態において、前記ワイヤソーを走行させる工程は、ワイヤソーを複数のローラの間で走行させる工程であって、前記複数のローラのそれぞれは、案内溝が形成された高分子層を有し、前記案内溝は、少なくとも一方の斜面が前記ローラの半径方向に対して２５°以上４５°未満の角度を成す一対の斜面を有し、前記ワイヤは前記一対の斜面の間を走行させられる。
【００１８】
前記樹脂層は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂から形成されていることが好ましい。
【００１９】
好ましい実施形態において、前記希土類合金は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類焼結合金であり、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類焼結合金であってもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態による希土類合金の切断方法は、芯線（典型的にはピアノ線）に砥粒（典型的にはダイヤモンド砥粒）を樹脂層によって固着させたワイヤソーを用い、希土類合金がワイヤソーによって切削される部分を２５℃における表面張力が２５ｍＮ／ｍ〜６０ｍＮ／ｍの範囲内にある水を主成分とする冷却液中に浸漬した状態で、ワイヤソーを走行させることによって希土類合金を切削する工程を包含し、ワイヤソーとして、長さ方向（すなわち、ワイヤソーの走行方向）において互いに隣接する砥粒間の平均距離が砥粒の平均粒径の１５０％以上４００％未満の範囲内にあり、砥粒が樹脂層の表面から突き出している部分の平均高さが砥粒の平均粒径の７０％以下であって、且つ、樹脂層の芯線に対する偏肉率が４０％以下であるワイヤソーを用いる。なお、冷却液として、希土類合金に対する２５℃における動摩擦係数が０．１〜０．３のものを用いてもよい。
【００２１】
本発明の実施形態による希土類合金の切断方法において、希土類合金を固定砥粒ワイヤソーを用いて切削する工程は、２５℃における表面張力が２５ｍＮ／ｍ〜６０ｍＮ／ｍ（約２５ｄｙｎ／ｃｍ〜約６０ｄｙｎ／ｃｍ）の範囲内にある冷却液に切削部が浸漬された状態で実行されるので、ワイヤソーを効率良く冷却することができる。上記の範囲内の表面張力を有する冷却液は、水に比べて、希土類合金および／またはワイヤソーに対する濡れ性（またはなじみ）が優れるので、切削部（希土類合金とワイヤソーとが互いに接触し、希土類合金が切削される部分。切削溝ともいう。）に冷却液が効率よく浸透するためと考えられる。勿論、水を主成分とする冷却液は、油性冷却液（例えば鉱油）に比べ比熱が高いので、冷却効率が高い。なお、本明細書において、「水を主成分とする冷却液」とは、全体の７０重量％以上が水である冷却液をいう。
【００２２】
本発明の希土類合金の切断方法において好適に用いられる冷却液は、上記希土類合金に対する動摩擦係数によって選別することも可能で、２５℃における上記動摩擦係数が約０．１〜約０．３の範囲内にある冷却液は、上記の範囲内の表面張力を有する冷却液と同等の作用・効果を発揮し得る。表面張力が切削部に対する冷却液の浸透性を示す指標と考えられるのに対し、動摩擦係数は切削部に対して冷却液が与える潤滑性の指標と考えられる。なお、表面張力と動摩擦係数との間に、定性的な相関関係があることが知られている。
【００２３】
冷却液の表面張力は、よく知られているデュヌイ表面張力計を用いて測定される。また、希土類合金に対する冷却液の動的摩擦係数は、日本で基礎的な試験機として多用されている増田式「四球式摩擦試験機」を用いて測定される。本明細書においては、表面張力および動摩擦係数のいずれについても、２５℃における値を、冷却液を特徴付ける値として採用する。
【００２４】
なお、以下の実施例で示す動摩擦係数は、鉄球を用いて四球式摩擦試験機で求めた値である。実施例で例示するＲ−Ｆｅ−Ｂ系希土類合金（ＲはＹを含む希土類元素で、例えば、Ｎｄ2Ｆｅ14Ｂ金属間化合物を主相とする合金）は、鉄の含有量が成分元素の中で最も多いので、鉄球を用いて求めた冷却液の動摩擦係数は、良い近似で、希土類合金に対する動摩擦係数として採用することができる。このことは実験的に確かめた。希土類磁石として好適に用いられる希土類合金の組成および製造方法は、例えば、米国特許第４，７７０，７２３号および米国特許第４，７９２，３６８号に記載されている。Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類合金の典型的な組成では、ＲとしてＮｄまたはＰｒが主に用いられ、Ｆｅは部分的に遷移元素（例えばＣｏ）に部分的に置換されてもよく、ＢはＣによって置換されてもよい。
【００２５】
また、２５℃の表面張力または動摩擦係数を用いて、本発明の切断方法で用いられる冷却液を特定したが、実際に使用する際の冷却液の温度は、２５℃に限られない。但し、本発明の効果を得るためには、１５℃〜３５℃の範囲内に温度制御された冷却液を用いることが好ましく、２０℃〜３０℃の範囲内にあることがさらに好ましく、２３℃〜２８℃の範囲内にあることがさらに好ましい。よく知られているように、冷却液の表面張力や動摩擦係数は温度に依存するので、実際に使用する冷却液の温度が上記の温度範囲からあまり外れると、冷却液の表面張力や動摩擦係数がそれぞれ上記の数値範囲から外れた状態と良く似た状態となり、冷却効率または切削効率が低下する。
【００２６】
上記の冷却液は、界面活性剤や、いわゆる「シンセティック（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ）」と呼ばれる合成潤滑剤を水に添加することによって調製される。種類や添加量を調整することによって、所定の表面張力や動摩擦係数を得ることができる。また、水を主成分とする冷却液を用いると、比較的粘度が低いので、切削によって生成したスラッジから磁石を用いて希土類合金の切削屑を容易に分別することが可能で、冷却液を再利用することができる。また、冷却液の廃棄処理によって自然環境に悪影響を及ぼすことを防止することができる。また、スラッジ中に含まれる炭素の量を減らすことができ、スラッジから回収された切削屑を原料とする磁石の磁気特性を向上することができる。
【００２７】
ワイヤソーを高速で走行させながら切削を行うと、冷却液が発泡し、冷却効率が低下することがある。消泡剤を含む冷却液を用いることによって、冷却液の発泡による冷却効率の低下を抑制することができる。さらに、ＰＨが８〜１１の範囲内にある冷却液を用いることによって、希土類合金の腐食を抑制することができる。ＰＨが９以上の冷却液を用いることがさらに好ましい。また、防錆剤を含む冷却液を用いることによって、希土類合金の酸化を抑制することができる。これらは、希土類合金の種類や切断条件等を考慮して、適宜調整すればよい。
【００２８】
ワイヤソーとしては、ダイヤモンド系砥粒を樹脂層で固着したものが好適に用いられる。すなわち、芯線（典型的にはピアノ線）の外周面にダイヤモンド系砥粒を樹脂を用いて固着したワイヤソーを好適に用いることができる。そのなかでも、樹脂としてフェノール樹脂、エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂を用いることが好ましい。これらの樹脂は、ピアノ線（硬鋼線）の外周面への接着強度が高く、また後述する冷却液に対する濡れ性（浸透性）にも優れる。樹脂には必要に応じてフィラー（例えばＳｉＣやＡｌ2Ｏ3）を添加してもよい（例えば、特許第３０７８０２０号公報参照）。また、砥粒を樹脂層で固着したワイヤソーは、電着法を用いて製造されるワイヤソーよりも安価であり、希土類合金の切断にかかるコストを低減することができる。なお、ワイヤソーの芯線は、ピアノ線に限られず、Ｎｉ−ＣｒやＦｅ−Ｎｉ等の合金、ＷやＭｏ等の高融点金属から形成されたもの、またはナイロン繊維などの高強度繊維を束ねたものから形成されていても良い。また、砥粒の材料はダイヤモンドに限定されず、ＳｉＣ、Ｂ、Ｃ、ＣＢＮ（Ｃｕｂｉｃ Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）等であってもよい。
【００２９】
上記の冷却液を用いると、冷却液として水を用いる場合よりも、切削工程におけるワイヤソーの温度の異常上昇を抑制することができるので、砥粒の異常脱粒、樹脂層の剥離やワイヤソーの断線を抑制することができる。本発明の実施形態による希土類合金の切断方法においては、冷却液の選定に加えて、ワイヤソーを限定することによって、さらに長い期間に亘ってワイヤソーを使用することが可能となり、製造コストをさらに低減する。後に実験例を示して説明するように、ワイヤソーとして、長さ方向（走行方向）において互いに隣接する砥粒間の平均距離が砥粒の平均粒径Ｄの１５０％以上４００％未満の範囲内にあり、砥粒が樹脂層の表面から突き出している部分の平均高さが砥粒の平均粒径Ｄの７０％以下であって、且つ、樹脂層の芯線に対する偏肉率が４０％以下であるワイヤソーを用いることによって、異常脱粒、樹脂層の剥離や断線を低減することができる。
【００３０】
後に実験例を示して説明するように、種々検討した結果、上述のように芯線の外周に樹脂層によって固着された砥粒のワイヤソーの長さ方向における密度および砥粒が樹脂層から突き出している部分の平均高さ（突き出し率）を調節するとともに樹脂層の芯線に対する偏肉率を調整することによって、切削屑（スラッジ）の排出性を良好な範囲に保ちつつ、切削時に個々の砥粒に掛かる負荷が均一化される結果、異常脱粒、樹脂層の剥離や断線が低減されるものと推察される。
【００３１】
ここで、図１（ａ）および（ｂ）を参照しながら、本発明による実施形態の切断方法に用いられるワイヤソーを特徴付ける突き出し率Ｐｒおよび偏肉率Ｔｄの定義を説明する。
【００３２】
図１（ａ）に示すように、ワイヤソー２０は、芯線２２の外周面に砥粒２４が樹脂層２６によって固着されている。砥粒２４の平均粒径をＤとし、砥粒２４が樹脂層２６から突き出ている部分の高さ（突き出し量）をＰとしたとき、突き出し量Ｐの平均粒径Ｄに対する割合を突き出し率Ｐｒ（％）とする。すなわち、Ｐｒ＝（Ｐ／Ｄ）×１００で表される。突き出し率Ｐｒは、例えば、ワイヤソー２０の断面の光学顕微鏡写真から求めることができる。
【００３３】
ワイヤソー２０は、例えば特許第３０７８０２０号公報に記載されているように、エナメル法と呼ばれる方法などを用いて、砥粒を分散した樹脂（必要に応じて溶剤が混入される）を芯線の外周に塗布することによって製造される。このときに樹脂層の厚さの調整が十分になされないと、図１（ｂ）に模式的に示したように、ワイヤソー２０（芯線２２）の直径を含む断面において、樹脂層２６の厚さが芯線２２に対して均一でなくなることがある。このような樹脂層２６の厚さの偏りを定量的に評価するために、偏肉率Ｔｄ（％）を以下のように定義する。
【００３４】
芯線２２の半径をＲｗ、樹脂層２６の厚さの最小値をＴｒｌ、最大値をＴｒｈとして、偏肉率Ｔｄを（Ｔｒｈ−Ｔｒｌ）／｛（Ｔｒｈ＋Ｔｒｌ）／２｝とする。なお、分母の（Ｔｒｈ＋Ｔｒｌ）／２は樹脂層２６の平均厚さとしてもよい。偏肉率Ｔｄは、芯線２２の半径Ｒｗ、樹脂層２６の厚さの最小値Ｔｒｌおよび最大値Ｔｒｈを実測することによって求められる。樹脂層２６の厚さは、例えば、ワイヤソー２０の断面の光学顕微鏡写真から求められる。勿論、理想的な樹脂層２６の偏肉率は０％である。
【００３５】
また、上述の条件を満足するワイヤソー２０は、例えば特許第３０７８０２０号公報に開示されているように、エナメル法による樹脂の塗布工程において浮きダイスを用いて樹脂層の厚さを制御することによって製造される。このようなワイヤソー２０は、上記の仕様を指定すれば一般のワイヤソーの製造業者（例えば、株式会社アライドマテリアル）から供給され得る。
【００３６】
切削しろが少ないという利点を得るためには、ワイヤソー２０の外径は、０．３ｍｍ以下が好ましく、０．２５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。ワイヤソー２０の外径の下限値は十分な強度が得られるように設定され、且つ、所定の大きさの砥粒を十分な強度で固着するために、０．１２ｍｍ〜０．２０ｍｍ、より好ましくは０．１５ｍｍ〜０．２０ｍｍ程度の直径の芯線２２が用いられる。
【００３７】
砥粒２４の平均粒径Ｄは、切削効率の観点から、２０μｍ≦Ｄ≦６０μｍの関係を満足することが好ましく、３０μｍ≦Ｄ≦６０μｍの関係を満足することがさらに好ましく、特に、４０μｍ≦Ｄ≦６０μｍの関係を満足することが好ましい。
【００３８】
本発明の実施形態によるワイヤソー２０を用いると、良好な切削効率が実現でき、且つ、切削屑の排出性にも優れるので、比較的高い走行速度（例えば１０００ｍ／ｍｉｎ）で切削できるとともに、従来よりも長期間に亘って使用することができる。また、上記の冷却液によって効率良く冷却されるので、良好な加工精度で、長期間に亘って安定に希土類合金を切削することができる。水を主成分とする冷却液を用いると、油性の冷却液を用いる場合よりも、走行速度を２０〜３０％程度速く（例えば、１１００ｍ／ｍｉｎ〜１２００ｍ／ｍｉｎ）設定することによって、切削効率を最適化できる。
【００３９】
本発明の実施形態による切断方法に用いる水を主成分とする冷却液は、粘度が低い（動粘度が約１ｍｍ2／ｓ）ので、切削屑の排出性が油性の冷却液（一般に動粘度は５ｍｍ2／ｓ以上）よりも低い。そこで、切削屑の排出性を高めるために、切削工程において、切削部が槽内に収容された冷却液に浸漬された状態に維持され、且つ、冷却液は、槽の底部から槽内に供給されるとともに、槽の開口部から供給されることによって、槽の開口部から溢れ出る状態に維持されることが好ましい。
【００４０】
粘度の低い冷却液中に排出された切削屑は、容易に沈降し、槽の開口部付近に浮遊する切削屑は僅かである。切削部を冷却液中に浸漬した状態で切削するためには、ワイヤソーは槽の開口部付近の冷却液中を走行するように配置されるので、ワイヤソーは切削屑の少ない冷却液中を走行し、切削部には切削屑の少ない冷却液が供給される。特に、槽の開口部からも冷却液を供給し、開口部から溢れる状態に維持することによって、切削部に供給される冷却液中の切削屑の量を低下させることができる。さらに、槽の開口部から供給される冷却液の流れによって、ワイヤソーに付着した切削屑を機械的に洗い流す効果も得られる。冷却液が１分間に溢れ出る量は、槽の容積の５０％以上であることが好ましい。また、開口部から供給される冷却液の量は、槽の底部から供給される冷却液の量よりも多いことが好ましい。
【００４１】
さらに、槽の開口部のワイヤソーの走行方向と交差する辺上に、カーテン状の冷却液流（または気流）を形成することによって、冷却液が槽の開口部から溢れ出るのを抑制することによって、溢れ出る冷却液の液面を槽の壁よりも高くすると、より多くの冷却液が切削部の周囲に供給されることになるので、冷却液中の切削屑の量をさらに低下させることができる。冷却液流を形成するための吐出圧は、０．２ＭＰａ（２ｋｇｆ／ｃｍ2）〜１．０ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ2）の範囲内にあることが好ましく、０．４ＭＰａ（４ｋｇｆ／ｃｍ2）〜０．６ＭＰａ（６ｋｇｆ／ｃｍ2）の範囲内にあることがさらに好ましい。この範囲よりも吐出圧が低いと充分な効果が得られないことがあり、この範囲よりも高いとワイヤソーがたわみ、加工精度が低下することがある。
【００４２】
また、ワイヤソーを走行させるために設けられるメインローラのうち、槽の両側に配置され、ワイヤソーの走行位置を規制する一対のメインローラにも冷却液を吐出することが好ましい。これらのメインローラに冷却液を吐出することによって、メインローラの表面に設けられている、ワイヤソーを案内するための溝を有する高分子層（例えばウレタンゴム層などの有機高分子層）の温度上昇を抑制するとともに、ワイヤソーまたは案内溝に付着または滞留した切削屑（またはスラッジ）を洗い流すことによって、ワイヤソーの走行位置がずれたり、ワイヤソーが溝から外れたりするのを防止することができる。
【００４３】
また、切削工程で生成された、希土類合金の切削屑を含むスラッジと冷却液とからなるダーティ液を回収し、スラッジのなかから希土類合金の切削屑を磁石を用いて分別することによって、冷却液を再利用（例えば、循環的に使用）することができる。上述したように、水を主成分とする冷却液は粘度が低いので、切削屑を容易に分別することができる。また、希土類合金の切削屑を分別することによって、冷却液の廃液処理を容易に且つ環境にダメージを与えないように実施することができる。さらに、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系合金（ＲはＹを含む希土類元素）から容易に分離できない炭素を少なくできるために、切削屑を希土類合金の再生原料として利用することもできる。冷却液は水を主成分とするので、切削屑から再生された希土類合金に含まれる炭素の量を低くすることが容易なので、希土類磁石の材料として用いられる原料を得ることができる。スラッジからの切削屑の分別方法は、例えば、本願出願人が特開２００２−３６１１３号に開示した方法を用いることができる。
【００４４】
本発明の実施形態による切断方法を採用すると、希土類合金を高精度で且つ効率良く切断できるので、例えば、磁気ヘッドの位置決めに用いられるボイスコイルモータ用の小さな希土類磁石（例えば、厚さが０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ）を高精度で且つ効率良く製造することができる。
【００４５】
以下、図面を参照しながら、本発明による希土類合金の切断方法の実施形態をさらに具体的に説明する。本実施形態では、上述のネオジム磁石の製造に用いられるネオジム磁石焼結体の切断方法を説明する。
【００４６】
ネオジム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系）焼結磁石を作製する方法を簡単に説明する。なお、磁石材料としての希土類合金を作製する方法は、例えば、上述の米国特許第４，７７０，７２３号明細書およびに米国特許第４，７９２，３６８号明細書に詳細に開示されている。
【００４７】
まず、原料金属を所定の成分比に正確に秤量した後、真空またはアルゴンガス雰囲気で高周波溶解炉にて原料金属を溶解する。溶解した原料金属を水冷の鋳型に鋳込み、所定の組成の原料合金を形成する。この原料合金を粉砕し、平均粒径３〜４μｍ程度の微粉末を作製する。この微粉末を金型に入れ、磁界中でプレス成形する。このとき必要に応じて微粉末を潤滑剤と混合してからプレス成形を行う。次に、約１０００℃〜約１２００℃程度の焼結工程を行えばネオジム磁石焼結体を作製することができる。この後、磁石の保磁力を向上させるために約６００℃での時効処理を実行し、希土類磁石焼結体の作製を完了する。焼結体のサイズは、例えば３０ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍである。
【００４８】
得られた焼結体の切断加工を行い、焼結体から切断した複数の薄板（基板またはウェハと称される場合がある）を形成する。得られた焼結体の薄板のそれぞれに対して研磨による仕上げ加工を行い、寸法と形状を整えた後、長期的な信頼性を向上させるため、表面処理を施す。この後、着磁工程を実行した後、検査工程を経てネオジム焼結磁石が完成する。なお、着磁工程を切断工程の前に行ってもよい。
【００４９】
次に、本発明の実施形態による切断方法を図２から図５を参照しながら更に詳細に説明する。
【００５０】
図２は、本発明の実施形態による希土類合金の切断方法を実行するために好適に用いられるワイヤソー装置１００を示す概略構成図である。
【００５１】
ワイヤソー装置１００は、３本のメインローラ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃと、一対のリールボビン４０ａおよび４０ｂとを有している。冷却液を収容する槽３０の下部に設けられているメインローラ１０ａが駆動ローラで、槽３０の両側に設けられているメインローラ１０ｂおよび１０ｃは従動ローラである。ワイヤソー２０は、往復走行しながら、例えば、一方のリールボビン４０ａから他方のリールボビン４０ｂに巻き取られる（いわゆる、往復駆動法）。このとき、リールボビンの４０ａの巻き取り時間を他方のリールボビン４０ｂの巻き取り時間よりも長くすることによって、ワイヤソー２０を往復走行させながら、リールボビン４０ａ側に新しいワイヤソー２０を供給することができる。ワイヤソー２０の走行速度は、例えば、６００ｍ／ｍｉｎから１５００ｍ／ｍｉｎの範囲であり、新線を供給する速度は、例えば、１ｍ／ｍｉｎ〜５ｍ／ｍｉｎの範囲である。
【００５２】
メインローラ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの間には、ワイヤソー２０が例えば１５０列に張設される。ワイヤソー２０の走行位置を決めるために、メインローラ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの表面には、ワイヤソー２０を案内するための溝（例えば深さ約０．６ｍｍ、不図示）を有する高分子層（例えばウレタンゴム層などの有機高分子層）が設けられている。ワイヤソー２０の列間の間隔は、この案内溝のピッチによって決められる。案内溝のピッチは、ワークピースから切り出すべき板の厚さに応じて設定される。高分子層としては、シリコーン系エラストマ等から形成された無機高分子層を用いることもできる。
【００５３】
リールボビン４０ａおよび４０ｂの近傍には、巻き取り位置を調整するためのトラバーサ４２ａおよび４２ｂがそれぞれ設けられている。リールボビン４０ａおよび４０ｂからメインローラ１０ａに至るまでの経路中には、それぞれの側に５つのガイドローラ４４と、１つのテンションローラ４６とが設けられており、ワイヤソー２０を案内するとともに、その張力が調整される。ワイヤソー２０の張力は、種々の条件（切削長、切断速度、走行速度など）に応じて適宜変更され得るが、例えば２０Ｎ〜４０Ｎの範囲に設定される。
【００５４】
上述したようにして作製された焼結体ワークピース５０は、以下の様にして、ワイヤソー装置１００にセットされる。
【００５５】
複数のワークピース５０は、例えばエポキシ系の接着剤（不図示）によって相互に固着され、複数のブロックとして組み立てられた状態で、炭素ベースプレート５２を間に介して、鉄製のワークプレート５４に固定される。ワークプレート５４、ワークピース５０の各ブロックおよび炭素ベースプレート５２も接着剤（不図示）によって互いに固着されている。炭素ベースプレート５２は、ワークピース５０の切断加工が終了した後、ワークプレート５４の下降動作が停止するまでワイヤソー２０による切断加工を受け、ワークプレート５４を保護するというダミーとして機能する。
【００５６】
本実施形態では、ワイヤソー２０の走行方向に沿って計測した各ブロックのサイズが１００ｍｍ程度になるように各ブロックの大きさを設計している。本実施形態では上述のようにワークピース５０を複数のブロックに分割して配置しているが、ワイヤソー２０の走行方向におけるサイズをどの程度の大きさに設定すべきかは、冷却液の表面張力や走行速度によっても変化する。また、各ワークピース５０の大きさによって、ひとつのブロックを構成するワークピース５０の数や配置も変化する。これらを考慮して、適宜最適なサイズのブロックに分けてワークピース５０を配置すればよい。
【００５７】
上述のようにセットされたワークピース５０は、モータ５８を備える昇降装置によって下降され、走行するワイヤソー２０に押し付けられ、切削加工される。ワークピース５０の下降速度は、種々の条件に応じて変化し得るが、例えば、２０ｍｍ／ｈｒ〜５０ｍｍ／ｈｒの範囲内に設定される。
【００５８】
冷却液タンク６０に貯蔵されている冷却液は、吐出ポンプ６２によって、配管６３を介して圧送される。配管６３は、途中で、下部配管６４と上部配管６６とに分岐されている。下部配管６４および上部配管６６には、それぞれへの冷却液の流量を調整するためのバルブ６３ｂおよび６３ａが設けられている。下部配管６４は、切削部を浸漬するための槽３０の底部に設けられた下部ノズル６４ａに接続されている。上部配管６６は、槽３０の開口部から冷却液を供給するための上部ノズル６６ａ、６６ｂおよび６６ｃと、メインローラ１０ｂおよび１０ｃをそれぞれ冷却するために設けられた上部ノズル６６ｄおよび６６ｅとに接続されている。
【００５９】
槽３０には、上部ノズル６６ａ、６６ｂおよび６６ｃと下部ノズル６４ａとから冷却液が供給され、少なくとも切削工程の間は、図２中に矢印Ｆで示したように、冷却液が槽３０の開口部から溢れ出る状態に維持される。槽３０から溢れ出た冷却液は、槽３０の下方に設けられた回収用パン７０によって回収タンク７２に導かれ、蓄積される。回収された冷却液は、例えば図２に示したように、吐出ポンプ７４によって循環用配管７６を介して、冷却液タンク６０に送られる。循環用配管７６の途中には、フィルタ７８が設けられており、回収された冷却液中の切削屑が分別除去される。回収方法は、これに限られず、磁力を利用して切削屑を分別する機構を設けてもよい（例えば特開２００２−３６１１３号参照）。
【００６０】
次に、図３を参照しながら、本発明による切断工程をさらに詳細に説明する。
【００６１】
槽３０は、ワイヤソー２０の走行方向と交差する側壁の開口部付近に補助壁３２を有している。この補助壁３２は、プラスチック板（例えばアクリル板）で形成されており、図３中に破線で示した無負荷のワイヤソーの走行位置と近接するように設けられている。切断するためにワークピース５０を下降し、ワイヤソー２０に接触させるとワイヤソー２０はたわみ、図３中に実線で示したように、槽３０内の冷却液に切削部が浸漬された状態となる。このとき、ワイヤソー２０がたわむに連れて、ワイヤソー２０は補助壁３２を切削し、スリットを形成する。ワイヤソー２０による切削が定常状態になると、たわみ量は一定し、ワイヤソー２０は補助壁３２に形成されたスリット内を通過しながら、ワークピース５０を切削する。従って、補助壁３２に形成されたスリットは、ワイヤソー２０の走行位置を規制するように機能し、加工精度の安定にも寄与する。
【００６２】
槽３０は、例えば約３５Ｌ（リットル）の容量を有しており、切削工程中は、下部ノズル６４ａから約３０Ｌ／ｍｉｎの流量で冷却液が供給され、上部ノズル６６ａ、６６ｂおよび６６ｃから約９０Ｌ／ｍｉｎの流量で冷却液が供給され、常に冷却液が開口部から溢れ出る状態に維持される。ワイヤソー２０に冷却液を供給することだけを考えると、図２に示したように、切削中はワイヤソー２０がたわむので、冷却液を溢れさせる必要は必ずしも無いが、例示するネオジム磁石焼結体では切削屑の排出性を向上するために、上記のような構成を採用することが好ましい。
【００６３】
切削屑の排出性を高めるためには、切削部付近の冷却液内に含まれる切削屑の量を減らすことが有効である。十分な排出性を得るためには、冷却液が１分間に溢れ出る量は、槽の容積の５０％以上であることが好ましい。さらに、新鮮な冷却液は、槽３０の底部よりも開口部から多く供給することが好ましい。水を主成分とする粘度の低い冷却液を用いているので、冷却液中に排出された切削屑は容易に沈降するので、槽３０の底部から多くの冷却液を供給すると、沈降した切削屑が切削部近傍に浮遊する原因となるので好ましくない。
【００６４】
また、開口部から供給される新鮮な冷却液が占める割合を多くすることが好ましい。すなわち、槽３０の開口部からも冷却液を供給し、開口部から溢れる状態に維持することによって、切削部に供給される冷却液中の切削屑の量を低下させることができる。さらに、槽３０の開口部から供給される冷却液の流れによって、ワイヤソー２０に付着した切削屑を機械的に洗い流す効果も得られる。
【００６５】
また、上述した補助壁３２は、ワイヤソー２０によって形成されたスリット以外の部分は、槽３０の側壁として機能するので、冷却液の液面Ｓを高く保つように機能する。さらに、槽３０の開口部のワイヤソー２０の走行方向と交差する方向に、ノズル６６ｂおよび６６ｅを用いて、カーテン状の冷却液流を形成し、冷却液が槽３０の開口部から溢れ出るのを抑制することによって、溢れ出る冷却液の液面Ｓを槽３０の補助壁３２よりも高くなるので、より多くの冷却液が切削部の周囲に供給され、冷却液中の切削屑の量をさらに低下させることができる。冷却液流を形成するための吐出圧は、０．２ＭＰａ（２ｋｇｆ／ｃｍ2）〜１．０ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ2）の範囲内にあることが好ましく、０．４ＭＰａ（４ｋｇｆ／ｃｍ2）〜０．６ＭＰａ（６ｋｇｆ／ｃｍ2）の範囲内にあることがさらに好ましい。この範囲よりも吐出圧が低いと充分な効果が得られないことがあり、この範囲よりも高いとワイヤソー２０にぶれが発生し、その結果、加工精度が低下することがある。
【００６６】
また、槽３０の両側に配置され、ワイヤソー２０の走行位置を規制する一対のメインローラ１０ｂおよび１０ｃにも冷却液を吐出することが好ましい。これらのメインローラ１０ｂおよび１０ｃに冷却液を吐出することによって、メインローラ１０ｂおよび１０ｃの表面に設けられている、ワイヤソー２０を案内するための溝を有する高分子層（例えばウレタンゴム層）の温度上昇を抑制するとともに、ワイヤソー２０または案内溝に付着または滞留した切削屑（またはスラッジ）を洗い流すことができるので、ワイヤソー２０の走行位置がずれたり、ワイヤソー２０が溝から外れたりするのを防止することができる。
【００６７】
水を主成分とする冷却液に添加される界面活性剤としては、アニオン系として、脂肪酸石鹸やナフテン酸石鹸等の脂肪酸誘導体、又は長鎖アルコール硫酸エステルや動植物油の硫酸化油等の硫酸エステル型、又は石油スルホン酸塩等のスルホン酸型、非イオン系として、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルやポリオキシエチレンモノ脂肪酸エステル等のポリオキシエチレン系、ソルビタンモノ脂肪酸エステル等の多価アルコール系、又は脂肪酸ジエタノールアミド等のアルキロールアミド系を用いることができる。具体的には、ケミカルソリューションタイプのＪＰ−０４９７Ｎ（カストロール社製）を水に２重量％程度添加することによって、表面張力および動摩擦係数を所定の範囲内に調整することができる。
【００６８】
また、シンセティックタイプ合成潤滑剤としては、シンセティック・ソリューションタイプ、シンセティック・エマルションタイプおよびシンセティックソリュブルタイプを用いることができ、そのなかでも、シンセティック・ソリューションタイプが好ましく、具体的には、シンタイロ９９５４（カストロール社製）や、＃８３０および＃８７０（ユシロ化学工業社製）を挙げることができる。いずれも、水に２重量％〜１０重量％程度添加することによって、表面張力（または動摩擦係数）を好適な範囲内に調整することができる。
【００６９】
また、錆止め剤を含有させることで、希土類合金の腐食を防止することができる。特に、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類合金を切断する際には、ＰＨを８〜１１とすることが好ましく、ＰＨは９以上であることがさらに好ましい。錆止め剤としては、有機系として、オレイン酸塩や安息香酸塩等のカルボン酸塩、又はトリエタノールアミン等のアミン類、無機系として、りん酸塩、ホウ酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、又は炭酸塩を用いることができる。
【００７０】
また、非鉄金属防食剤としては、例えばベンズトリアゾール等の窒素化合物を、防腐剤としては、ヘキサハイドロトリアジン等のホルムアルデヒド供与体を用いることができる。
【００７１】
また消泡剤としては、シリコーンエマルジョンを用いることができる。消泡剤を含有させることで、冷却液の泡立ちを少なくし、冷却液の浸透性をよくし、冷却効果を高め、ワイヤソー２０の温度の異常上昇や異常摩耗が起こりにくくなる。
【００７２】
図４と図５（ａ）および（ｂ）を参照しながら、本実施形態で好適に用いられるワイヤソー２０の構造を説明する。なお、図４では、ワイヤソー２０の一点鎖線で示した中央線から下半分は簡略化している。
【００７３】
ワイヤソー２０としては、芯線（ピアノ線）２２の外周面にダイヤモンド砥粒２４を樹脂層２６で固着したものが好適に用いられる。そのなかでも、樹脂としてフェノール樹脂、エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂を用いることが好ましい。これらの樹脂は、ピアノ線（硬鋼線）２２の外周面への接着強度が高く、また上述した冷却液に対する濡れ性（浸透性）にも優れる。
【００７４】
好適なワイヤソー２０の具体例としては、直径が約０．１８ｍｍのピアノ線２２の外周に平均粒径が約４０μｍのダイヤモンド砥粒をフェノール樹脂層２６で固着した外径が約０．２４ｍｍのワイヤソー２０が挙げられる。切削効率と切削屑（スラッジ）の排出効率の観点から、ワイヤソー２０の長さ方向（軸方向：図４中の一点破線に平行な方向）における、互いに隣接する砥粒２６間の平均距離は、砥粒の平均粒径Ｄの１５０％以上４００％未満の範囲内にあるものが好ましい。
【００７５】
例えば、図５（ａ）および（ｂ）に示したように、ワイヤソー２０の長さ方向の隣接砥粒間の平均距離Ｌが砥粒の平均粒径Ｄの２００％や３００％の場合には、個々の砥粒２４に掛かる負荷が低減され、その結果、砥粒２４の異常脱粒や樹脂層２６の剥離、ひいては断線の発生が低減される。すなわち、隣接砥粒間の平均距離Ｌが４００％以上になると、砥粒２４の分布密度が疎になりすぎる結果、切削工程において個々の砥粒２４に掛かる負荷が大きくなりすぎ、異常脱粒を起こしてしまう。一方、隣接砥粒間の平均距離Ｌが１５０％を下回ると、砥粒２４の分布密度が疎になりすぎる結果、後述するチップポケットの容量が十分でなく、切削屑の排出性が低下し、その結果、切削効率が低下する。
【００７６】
なお、図５（ａ）および（ｂ）は、ワイヤソー２０の外周面（長さ約１．６ｍｍ）を平面に引き伸ばして、砥粒２４が均一に分布した例を模式的に示したが、実際には、砥粒２４が不均一に分布する。しかしながら、隣接砥粒間の平均距離Ｌの違いによる砥粒の分布密度に対する半定量的な影響はこれらの図から理解される。実際のワイヤソー２０における隣接砥粒間の平均距離Ｌは、例えば、光学顕微鏡写真から求めることができる。
【００７７】
さらに、ワイヤソー２０における砥粒２２の突き出し率は、７０％以下であることが好ましい。突き出し率が７０％を超えると、砥粒２２に掛かる負荷を樹脂層２６によって十分に支持できないため、異常脱粒や樹脂層の剥離が発生しやすくなる。また、切削屑の排出性の観点からは、砥粒の突き出し率は４０％を超えることが好ましい。突き出し率が４０％以下であると、砥粒２２間に形成される空間（チップポケット）２８の容積が十分でないため切削屑の排出性が低下し、その結果、切削効率が低下することがある。チップポケット２８の大きさは、上述した隣接砥粒間距離にも依存していることは言うまでも無い。
【００７８】
さらに、本実施形態の切断方法では、樹脂層２６の偏肉率が４０％以下のワイヤソー２０を用いる。偏肉率が４０％を超えると、砥粒２４を固着している樹脂層２６に掛かる負荷が不均一となり、そのワイヤソー２０を用いて切断を行なうと、樹脂層２６の局所的な強度が不足する結果、砥粒２４の異常脱粒や樹脂層２６の剥離が発生しやすくなる。
【００７９】
以下に、実験例を示して、ワイヤソー２０の平均隣接間距離Ｌ、砥粒の突き出し率および偏肉率と、樹脂層２６の剥離や断線、および切断面の面精度（うねり）との関係を説明する。
【００８０】
以下の実験例では、ネオジム磁石焼結体のブロック（走行方向長さ４０ｍｍ、横方向長さ５０ｍｍ、厚さ３０ｍｍ）を図２に示したワイヤソー装置１００を用いて、上述の方法でブロックの横方向の辺を分断するように切断した。冷却液としては、ユシロ化学工業社製のＷＳ−２５０Ｂを水（水道水）に添加することによって、表面張力を３４．６ｍＮ／ｍ、動摩擦係数を０．１３に調節したものを用いた。ワイヤソー２０の走行速度は、１１００ｍ／分、切断速度（厚さ方向）は４０ｍｍ／時間とした。
【００８１】
ワイヤソー２０の芯線（ピアノ線）２２の直径は０．１８ｍｍ、砥粒（ダイヤモンド砥粒）２４の平均粒径は４２μｍとした。樹脂としては、フェノール樹脂を用い、樹脂層２６の平均厚さ（理想的な厚さ）が２０μｍのものを用いた。ワイヤソー２０の平均隣接間距離Ｌ、砥粒の突き出し率および偏肉率は、光学顕微鏡写真から求めた。なお、偏肉率は、長さ５００ｍｍ間隔で約１０箇所の断面について測定した結果を用いた。樹脂層２６の剥がれは、ネオジム磁石焼結体のブロックを４時間加工した後のワイヤソー２０の外観を目視で観察することによって評価した。例えば、ワイヤソー２０の長さが２００ｍの場合、長さが５ｍｍ以上の剥がれが累積で１０ｍ以上あれば剥がれ発生とし、剥がれの長さの累積が１０ｍ以上６０ｍ以下を「少量発生」とし、６０ｍ超の場合を「全面発生」とした。また、「少量発生」のうち、隣接する剥がれ箇所の間隔が２０ｍ以上の場合を「断続発生」とした。また、切断面の面精度を接触式の粗さ計を用いて測定し、約２５ｍｍの幅内の最大うねりを代表値として用いて評価した。
【００８２】
まず、ワイヤソー２０の長さ方向の隣接砥粒間平均距離Ｌの影響を調べた結果を表１に示す。
【００８３】
表１から明らかなように、隣接砥粒間平均距離Ｌが砥粒の平均粒径の１５０％以上４００％未満の範囲では樹脂層２６の剥がれは発生せず、また、切断面の面精度も約８μｍ未満で良好であった。それに対し、隣接砥粒間平均距離Ｌが平均粒径の１５０％未満では切削効率が低く、４０ｍｍ／時間の切断速度を実現することは難しかった。また、隣接砥粒間平均距離Ｌが平均粒径の４００％以上になると樹脂層２６の剥がれが発生し、６００％以上になるとワイヤソー２０の全面に亘って樹脂層２６が剥離し、断線するものもあった。また、隣接砥粒間平均距離Ｌが平均粒径の４００％以上になると、切断面の面精度が８μｍ以上の大きな値となった。これらのことから、ワイヤソー２０の隣接砥粒間平均距離Ｌは砥粒の平均粒径の１５０％以上４００％未満の範囲内に設定することによって、ワイヤソー２０の寿命を長くできるとともに、十分な切断面の面精度が得られることが分かる。
【００８４】
【表１】

Figure 0003770879
【００８５】
次に、砥粒２４の突き出し率の影響を調べた結果を表２に示す。
【００８６】
表２から分かるように、突き出し率が７１％以上のワイヤソー２０を用いると、樹脂層２６の剥がれが発生し始め、突き出し率が８３％を超えるワイヤソー２０を用いると断線が発生した。また、突き出し率が７１％以上のワイヤソー２０を用いると、切断面の面精度（うねり）が１０μｍ以上となった。突き出し率が６０％以下のワイヤソー２０を用いると、切断面の面精度を８μｍ以下に抑制することができるので更に好ましい。但し、突き出し率が４０％以下のワイヤソーを用いると、樹脂層の剥がれは発生せず、且つ、十分な切断面の面精度が得られる反面、切削効率が低下することがある。従って、突き出し率は４０％以上であることが好ましい。
【００８７】
【表２】
Figure 0003770879
【００８８】
次に、樹脂層２６の偏肉率の影響を調べた結果を表３に示す。
【００８９】
表３から明らかなように、偏肉率が５０％以上のワイヤソー２０を用いると樹脂層２６の剥がれが発生し、偏肉率が１００％以上のワイヤソー２０を用いると断線が発生した。これに対し偏肉率が４０％以下のワイヤソー２０を用いると樹脂層２６の剥がれは発生せず、且つ、切断面の面精度が４μｍ以下の小さな値となった。偏肉率は３０％以下であることがさらに好ましいが、４０％以下でも十分量産に使用できる。
【００９０】
なお、ワイヤソー２０の樹脂層２６の剥がれや断線の発生は、ローラ間を走行させられるワイヤソー２０の張力にも依存する。上述の結果は、ワイヤソー２０の張力を３０Ｎとした場合の結果であり、ワイヤソーの張力が２５Ｎ以上３５Ｎ以下である場合にほぼ同様の結果を得ることができる。
【００９１】
【表３】
Figure 0003770879
【００９２】
次に、上述のワイヤソーを用いたワイヤソー装置１００のメインローラ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの好ましい構造を説明する。
【００９３】
水を主成分とする冷却液を用いると、油性の冷却液を用いた場合よりもワイヤソーの断線率が増加（すなわち、より短い時間で断線）するとともに、加工精度が低下するという問題が発生する。本発明者が種々検討した結果、図７に模式的に示すように、ローラ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの高分子層１０Ｐに形成された案内溝１０Ｇの断面形状を、案内溝１０Ｇが有する一対の斜面１０Ｓがローラ１０ａの半径方向１０Ｒに対して２５°以上４５°未満の角度（以下、「傾斜角（α）」という。）を成す構成を採用することによって、ワイヤソー２０の断線の発生をさらに抑制するとともに、十分な加工精度を得ることができることがわかった。傾斜角は、３０°以上３５°以下であることがさらに好ましい。
【００９４】
なお、例示したように、案内溝１０Ｇが有する一対の斜面１０Ｓの両方がローラ１０ａの半径方向１０Ｒに対して上記の範囲の傾斜角を有することが好ましいが、一対の斜面１０Ｓの内の少なくとも一方が上記の範囲の傾斜角を有していれば、断線の発生を抑制する効果および十分な加工精度を得ることができる。
【００９５】
従来は、例えば図７に示すように、案内溝１０Ｇの斜面１０Ｓがローラの半径方向１０Ｒに対して４５°以上の傾斜角を成す構造を採用していた。これは、案内溝１０Ｇから効率よくスラッジを十分に排出させるためであり、特に、希土類合金は脆性的な破壊を起こす主相と延性的な破壊を起こす粒界相とを有するために切削抵抗が高く、且つ、比重が大きいのでスラッジの排出性が悪いため、スラッジの排出性を高めるために、傾斜角を４５°超としていた。
【００９６】
しかしながら、本発明者が検討した結果、斜面１０Ｓの傾斜角を４５°よりも大きくすると、断線発生率はそれほど低下せず、むしろ、加工精度が低下するという問題が発生することがわかった。以下に、図８を参照しながら、この現象を説明する。ワイヤソー２０は、図２を参照しながら説明したように、ローラ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃの間に互いに平行な複数の走行線の列を形成するように多条に掛けられる。走行線の列を形成するワイヤソー２０の位置は、ローラ１０ａ、１０ｂおよび１０ｃのそれぞれの高分子層１０Ｐに形成された案内溝１０Ｇによって規定されるので、ある走行線から隣の走行線に移る際に、ワイヤソー２０は案内溝１０Ｇに斜めに掛けられる。この斜めに掛けられたワイヤソー２０が案内溝１０Ｇの斜面１０Ｓから捻回力を受ける。また、ワイヤソー２０が斜めになるほどより大きな捻回力を受けることになる。
【００９７】
図８は、ローラの案内溝の斜面１０Ｓの傾斜角とワイヤソーの捻れ角との関係を示すグラフである。捻れ角Ωは、ワイヤソー２０がロールから受ける捻回力に比例し、捻れ角Ω＝３６０°のときワイヤソーが一回捻回されていることを示す。なお、図８に示した結果は、以下で説明する構成についての力学的なモデル計算から求めた。なお、斜面１０Ｓの傾斜角は、両側の斜面で等しいとした。結果を示している。
【００９８】
４５０ｍｍの間隔（スパン）で配置した一対のローラ（図１のローラ１０ｂと１０ｄ）直径１７０ｍｍ）の間に、ワイヤソー２０を張力３０Ｎ（３ｋｇｆ）で２００条配設する。新線供給量は２ｍ／分で、１２０秒サイクルで往復走行させる。このとき、ワイヤソー２０は、約１９０回往復走行された後、ローラから脱出することになる。
【００９９】
ここで、種々実験した結果、１スパン（４５０ｍｍ）の間でワイヤソーが５回（Ω＝１８００°）捻回する力を受けると、ワイヤソー２０が２００条分走行する間に、約５００回捻回した。すなわち、２００条×５回＝１０００回分捻回する力を受けたとき、その約５０％分が実際の捻回として蓄積された。そこで、図８における縦軸の捻れ角Ωは、力学的なモデル計算から求められる捻回力に対応する捻れ角に０．５を乗じた値を示している。また、静的な捻れ破断強度試験から、ワイヤソー２０に実際に蓄積される捻れ角が１８００°（５回捻回）となったときに、１０％の確率でワイヤソーが破断すると見積もった。
【０１００】
図８からわかるように、捻回力（捻れ角）は、溝１０Ｇの傾斜角αが大きくなるにつれて単調に減少する。単純に捻回力のみよるワイヤソー２０の破断を考えると、ワイヤソー２０が細い場合（直径ｄ＝０．１９ｍｍ）には傾斜角を１０°以上、太い場合（直径が０．２５ｍｍ）でも傾斜角を２５°以上とすれば、ワイヤソー２０の破断を抑制できることになる。
【０１０１】
しかしながら、実験によると、いずれのワイヤソー２０を用いた場合も、傾斜角が４５°以上になると、断線発生率があまり低下しなかった。また、傾斜角が４５°以上になると加工精度が低下するという問題が発生した。
【０１０２】
これは、傾斜角が大きくなると、案内溝１０Ｇの幅１０Ｗ（図６参照）が大きくなり、ワイヤソー２０が案内溝１０Ｇ内で振れたり、更には、隣接する案内溝１０Ｇに飛び移ったりするため、ワイヤソー２０に掛かる張力や捻回力が不均一となり、局所的に大きな応力が発生する結果、ワイヤソー２０の断線が発生するものと考えられる。また、ワイヤソー２０が案内溝１０Ｇ内を安定に走行しない結果、加工精度が低下するものと考えられる。なお、実験には、高分子層１０Ｐとしてウレタンゴム層を用い、冷却液としてはユシロ化学工業社製＃８３０の約１０％水溶液を用いた。また、上記の実験例と同じ希土類焼結磁石のワークピースを切断した。
【０１０３】
上述の結果から、案内溝１０Ｇの斜面１０Ｓの傾斜角は、２５°以上４５°未満であることが好ましい。なお、ワイヤソー２０の断線をなるべく抑制するためには、捻回力が低下するように、傾斜角を３０°以上とすることが好ましく、高い加工精度を得るためには傾斜角を３５°以下とすることが好ましい。また、なお、案内溝１０Ｇの底部１０Ｂは、ワイヤソー２０の半径よりもやや小さめの曲率半径に加工しておくことが好ましい。
【０１０４】
上述したワイヤソー装置１００を用いると、上述の実施形態のワイヤソー２０を用いることによる効果と相まって、ワイヤソー２０の寿命を更に長くすることができる。特に、ローラ間距離が短い場合のように、比較的大きな捻回力が発生する場合に、本実施形態の効果が大きい。
【０１０５】
ワイヤソー装置１００を例示して本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限られず、単一のリールボビンを用いるエンドレス型のワイヤソー装置（例えば特開平１１−１９８０１８号公報参照）に適用することができる。
【０１０６】
【発明の効果】
本発明によると、ワイヤソー装置で水を主成分とする冷却液を用いて希土類合金を切断する際のワイヤソーの寿命を長くすることが可能になる。従って、水を主成分とする環境にやさしい冷却液を用いて、例えば、ボイスコイルモータに用いられる希土類焼結磁石用の希土類焼結合金を効率良く切断することが可能となる。すなわち、希土類焼結磁石の製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はワイヤソーの砥粒突き出し率の定義を説明するための模式的な断面図であり、（ｂ）はワイヤソーの偏肉率の定義を説明するための模式的な断面図である。
【図２】本発明による実施形態の希土類合金の切断方法を実行するために好適に用いられるワイヤソー装置１００を示す模式図である。
【図３】図１に示したワイヤソー装置１００の切削部近傍の構成を示す模式図である。
【図４】本発明による実施形態の希土類合金の切断方法を実行するために好適に用いられるワイヤソー２０の断面構造を模式的に示す図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、本発明による実施形態の希土類合金の切断方法を実行するために好適に用いられるワイヤソー２０における砥粒分布を模式的に示すであり、（ａ）は隣接砥粒間平均距離Ｌが砥粒の平均粒径の２００％、（ｂ）は３００％の場合を示している。
【図６】ワイヤソー装置１００および２００に好適に用いられるローラの断面構造を模式的に示す図である。
【図７】従来のローラの断面構造を模式的に示す図である。
【図８】ローラの案内溝の斜面１０Ｓの傾斜角とワイヤソー捻れ角との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ メインローラ
２０ ワイヤソー
２２ 芯線
２４ 砥粒
２６ 樹脂層
２８ チップポケット
３０ 槽
４０ａ、４０ｂ リールボビン
４２ａ、４２ｂ トラバーサ
５０ ワーク
６０ 冷却液タンク
７０ 回収用パン
８０ａ、８０ｂ 噴霧装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for cutting a rare earth alloy, and more particularly, to a method for cutting a rare earth alloy using a wire saw in which abrasive grains are fixed to a core wire.
[0002]
[Prior art]
Rare earth alloys are used, for example, as powerful magnet materials. A rare earth magnet obtained by magnetizing a rare earth alloy is suitably used, for example, as a magnet for a voice coil motor used for positioning a magnetic head of a magnetic recording apparatus.
[0003]
As a method of cutting a rare earth alloy material (including an ingot or a sintered body), a technique of slicing the rare earth alloy material using, for example, a rotating slicing blade has been conventionally employed. However, according to the method of cutting with a slicing blade, since the thickness of the cutting blade is relatively large, the cutting margin increases, the yield of the rare earth alloy material is low, and the cost of the rare earth alloy product (for example, rare earth magnet) is increased. It is a factor.
[0004]
As a cutting method with less cutting margin than a slicing blade, there is a method using a wire saw. For example, Patent Document 1 uses a wire saw in which superabrasive grains are fixed on a peripheral surface of a high-strength core wire by a bond layer (referred to as “fixed abrasive wire saw”), and is made of a hard material such as silicon, glass, neodymium, or ferrite. It discloses that brittle materials can be cut.
[0005]
If the fixed abrasive grain wire saw as described above can be used to simultaneously produce a large number of plates having a predetermined thickness from a rare earth alloy material with a small cutting allowance, the manufacturing cost of the rare earth magnet can be greatly reduced. However, there is still no report that a rare earth alloy was cut at a mass production level using a fixed abrasive wire saw.
[0006]
From the results of various studies by the present inventors, the main cause is the mechanical properties of rare earth alloys, particularly rare earth alloys manufactured by a sintering method (hereinafter referred to as “rare earth sintered alloys”). It is greatly different from silicon. Specifically, the rare earth sintered alloy is brittle as a whole and has a hard main phase (that is, R 2 Fe 14 B crystal grains) and a grain boundary phase causing ductile fracture, unlike hard and brittle materials represented by silicon, it is difficult to cut. That is, the cutting resistance is higher than that in the case of cutting a hard and brittle material such as silicon, and as a result, the amount of generated heat is large. In addition, the specific gravity of the rare earth alloy is about 7.5, which is larger than that of materials such as silicon, and it is difficult for the cutting waste (sludge) generated by cutting to be discharged from the cutting portion.
[0007]
Therefore, in order to efficiently cut the rare earth alloy with high machining accuracy, it is necessary to sufficiently reduce the cutting resistance and to efficiently dissipate the heat generated during cutting, that is, to efficiently cool the cutting portion. . Moreover, it is necessary to discharge | emit the cutting waste produced | generated by cutting efficiently.
[0008]
Therefore, by sufficiently supplying a coolant with excellent lubricity (also referred to as “cutting fluid”) to the cutting portion of the rare earth alloy, cutting resistance is reduced and heat generated during cutting is efficiently dissipated. Can do. As a result of experiments by the inventors, if the wire saw is wetted with a sufficient amount of coolant using an oily coolant, the coolant can be sufficiently supplied to a narrow cutting portion by the traveling wire saw.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-198020
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, oil-based coolants are expensive to treat the waste liquid so as not to cause environmental damage, and it is difficult to separate the cutting waste in the waste liquid. There is a problem that is difficult. Considering these things, water (or water-soluble coolant) is preferable as the coolant, but when water is used as the coolant, water has a viscosity (1.0 mm 2 Since / s) is low, a sufficient amount cannot be adhered to the traveling wire saw, so that even when the wire saw is wetted with water, a sufficient amount of water cannot be supplied to the cutting portion.
[0011]
In Patent Document 1, even when a fixed abrasive wire saw is run at a high speed (for example, 2000 m / min), the coolant is reliably attached to the wire saw by running the wire saw in the coolant overflowing from the tank of the coolant. It is disclosed that it can be made. However, according to the experiments of the present inventor, even when a rare earth alloy is cut while running a wire saw (for example, disclosed in Patent Document 1) in overflowing water, abrasive grains are dropped or resin is removed. Delamination of the layers, and in severe cases, wire saw breaks. This problem occurred even when the traveling speed of the wire saw was, for example, about 800 m / min.
[0012]
The present invention has been made in view of the above points, and its main purpose is to extend the life of a wire saw when cutting a rare earth alloy using a cooling liquid mainly composed of water in a wire saw device. is there.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A rare earth alloy cutting method according to the present invention is a rare earth alloy cutting method using a wire saw in which abrasive grains are fixed to a core wire by a resin layer, and a portion of the rare earth alloy cut by the wire saw is subjected to a surface tension at 25 ° C. Including the step of cutting the rare earth alloy by running the wire saw in a state where the wire saw is immersed in a coolant mainly composed of water in the range of 25 mN / m to 60 mN / m, The average distance between the abrasive grains adjacent to each other in the length direction is within a range of 150% or more and less than 400% of the average grain diameter of the abrasive grains, and the abrasive grains protrude from the surface of the resin layer. A wire saw having an average height of 70% or less of the average particle diameter of the abrasive grains and an uneven thickness ratio of the resin layer with respect to the core wire of 40% or less is used. Characterized the door, the object is met.
[0014]
The coolant mainly composed of water used in the method for cutting a rare earth alloy according to the present invention can be specified by a dynamic friction coefficient instead of the surface tension, and the dynamic friction coefficient at 25 ° C. with respect to the rare earth alloy is 0.1 to 0. .., 3 is used.
[0015]
The average particle diameter D of the abrasive grains preferably satisfies the relationship of 20 μm ≦ D ≦ 60 μm.
[0016]
The core wire preferably has a diameter in the range of 0.15 mm to 0.2 mm.
[0017]
In a preferred embodiment, the step of running the wire saw is a step of running the wire saw between a plurality of rollers, each of the plurality of rollers having a polymer layer in which a guide groove is formed, The guide groove has a pair of slopes in which at least one slope forms an angle of 25 ° or more and less than 45 ° with respect to the radial direction of the roller, and the wire is caused to travel between the pair of slopes.
[0018]
The resin layer is preferably formed of a phenol resin, an epoxy resin, or a polyimide resin.
[0019]
In a preferred embodiment, the rare earth alloy is an R—Fe—B rare earth sintered alloy and may be an Nd—Fe—B rare earth sintered alloy.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The rare earth alloy cutting method according to the embodiment of the present invention uses a wire saw in which abrasive grains (typically diamond abrasive grains) are fixed to a core wire (typically piano wire) by a resin layer, and the rare earth alloy is composed of a wire saw. A process of cutting a rare earth alloy by running a wire saw in a state in which a portion to be cut is immersed in a cooling liquid mainly composed of water having a surface tension within a range of 25 mN / m to 60 mN / m at 25 ° C. As a wire saw, the average distance between the abrasive grains adjacent to each other in the length direction (that is, the traveling direction of the wire saw) is in the range of 150% or more and less than 400% of the average grain diameter of the abrasive grains. The average height of the portion protruding from the surface of the resin layer is 70% or less of the average particle diameter of the abrasive grains, and the deviation rate from the core wire of the resin layer is 40% or less Using Iyaso. A coolant having a dynamic friction coefficient of 0.1 to 0.3 at 25 ° C. with respect to the rare earth alloy may be used.
[0021]
In the method for cutting a rare earth alloy according to an embodiment of the present invention, the step of cutting the rare earth alloy using a fixed abrasive wire saw has a surface tension at 25 ° C. of 25 mN / m to 60 mN / m (about 25 dyn / cm to about 60 dyn / Since the cutting portion is immersed in the coolant within the range of cm), the wire saw can be efficiently cooled. A coolant having a surface tension within the above range is superior in wettability (or familiarity) to rare earth alloys and / or wire saws compared to water, so that the cutting portion (the rare earth alloy and wire saw come into contact with each other, and the rare earth alloy This is considered to be because the coolant efficiently penetrates into the portion where the slab is cut, also referred to as the cutting groove. Of course, the cooling liquid mainly composed of water has high specific heat as compared with the oil-based cooling liquid (for example, mineral oil), and therefore has high cooling efficiency. In the present specification, the “coolant mainly composed of water” refers to a coolant in which 70% by weight or more of the whole is water.
[0022]
The coolant suitably used in the method for cutting a rare earth alloy of the present invention can also be selected based on the dynamic friction coefficient for the rare earth alloy, and the dynamic friction coefficient at 25 ° C. is in the range of about 0.1 to about 0.3. The coolant in the above can exhibit the same action and effect as the coolant having the surface tension within the above range. The surface tension is considered as an index indicating the permeability of the coolant to the cutting part, whereas the dynamic friction coefficient is considered as an index of the lubricity given by the coolant to the cutting part. It is known that there is a qualitative correlation between the surface tension and the dynamic friction coefficient.
[0023]
The surface tension of the coolant is measured using a well-known Dunui surface tension meter. Further, the dynamic friction coefficient of the coolant against the rare earth alloy is measured by using a Masuda type “four-ball friction tester” which is widely used as a basic tester in Japan. In this specification, the value at 25 ° C. is adopted as a value characterizing the coolant for both the surface tension and the dynamic friction coefficient.
[0024]
In addition, the dynamic friction coefficient shown in the following examples is a value obtained with a four-ball friction tester using an iron ball. R-Fe-B rare earth alloys exemplified in the examples (R is a rare earth element including Y, for example, Nd 2 Fe 14 The alloy containing B intermetallic compound as the main phase has the highest iron content among the component elements, so the dynamic friction coefficient of the coolant obtained using iron balls is a good approximation, and the dynamic friction coefficient for rare earth alloys Can be adopted as. This was confirmed experimentally. Compositions and production methods of rare earth alloys suitably used as rare earth magnets are described, for example, in US Pat. No. 4,770,723 and US Pat. No. 4,792,368. In a typical composition of R—Fe—B rare earth alloy, Nd or Pr is mainly used as R, Fe may be partially substituted with a transition element (eg, Co), and B is C May be substituted.
[0025]
Moreover, although the coolant used by the cutting method of this invention was specified using the surface tension or dynamic friction coefficient of 25 degreeC, the temperature of the coolant at the time of actually using is not restricted to 25 degreeC. However, in order to obtain the effect of the present invention, it is preferable to use a coolant whose temperature is controlled within a range of 15 ° C. to 35 ° C., more preferably within a range of 20 ° C. to 30 ° C., and 23 ° C. More preferably, it is in the range of ˜28 ° C. As is well known, the surface tension and dynamic friction coefficient of the cooling liquid depend on the temperature, so if the temperature of the cooling liquid actually used deviates too much from the above temperature range, the surface tension and dynamic friction coefficient of the cooling liquid will decrease. Each of them is in a state very similar to the state outside the above numerical range, and the cooling efficiency or cutting efficiency is lowered.
[0026]
The coolant is prepared by adding a surfactant or a synthetic lubricant called “Synthetic” to water. By adjusting the type and amount of addition, a predetermined surface tension and dynamic friction coefficient can be obtained. In addition, when a coolant mainly composed of water is used, the viscosity is relatively low, so it is possible to easily separate rare earth alloy cutting waste from the sludge generated by cutting using a magnet. Can be used. Further, it is possible to prevent the natural environment from being adversely affected by the disposal of the coolant. In addition, the amount of carbon contained in the sludge can be reduced, and the magnetic properties of the magnet using the cutting waste recovered from the sludge as a raw material can be improved.
[0027]
If cutting is performed while the wire saw is traveling at a high speed, the cooling liquid may foam and cooling efficiency may be reduced. By using a cooling liquid containing an antifoaming agent, it is possible to suppress a decrease in cooling efficiency due to foaming of the cooling liquid. Furthermore, corrosion of the rare earth alloy can be suppressed by using a coolant having a PH in the range of 8 to 11. More preferably, a coolant having a pH of 9 or more is used. Moreover, oxidation of a rare earth alloy can be suppressed by using a coolant containing a rust inhibitor. These may be appropriately adjusted in consideration of the type of rare earth alloy, cutting conditions, and the like.
[0028]
As the wire saw, a diamond-type abrasive grain fixed with a resin layer is preferably used. That is, a wire saw in which diamond abrasive grains are fixed to the outer peripheral surface of a core wire (typically a piano wire) using a resin can be suitably used. Among these, it is preferable to use a phenol resin, an epoxy resin, or a polyimide resin as the resin. These resins have high adhesive strength to the outer peripheral surface of the piano wire (hard steel wire), and are excellent in wettability (penetration) with respect to a coolant described later. If necessary, the resin may be filled with a filler (for example, SiC or Al 2 O Three ) May be added (for example, see Japanese Patent No. 3078020). Moreover, the wire saw which fixed the abrasive grain with the resin layer is cheaper than the wire saw manufactured using an electrodeposition method, and the cost concerning the cutting | disconnection of rare earth alloys can be reduced. The core wire of the wire saw is not limited to a piano wire, but is made of an alloy such as Ni—Cr or Fe—Ni, a high melting point metal such as W or Mo, or a bundle of high strength fibers such as nylon fibers. It may be formed from. The material of the abrasive grains is not limited to diamond, and may be SiC, B, C, CBN (Cubic Boron Nitride) or the like.
[0029]
When the above coolant is used, an abnormal increase in the temperature of the wire saw in the cutting process can be suppressed as compared with the case where water is used as the coolant. Can be suppressed. In the rare earth alloy cutting method according to the embodiment of the present invention, the wire saw can be used for a longer period by limiting the wire saw in addition to the selection of the coolant, and the manufacturing cost is further reduced. . As shown in an experimental example later, as a wire saw, the average distance between abrasive grains adjacent to each other in the length direction (running direction) is within a range of 150% or more and less than 400% of the average grain diameter D of the abrasive grains. Yes, the average height of the portion where the abrasive grains protrude from the surface of the resin layer is 70% or less of the average particle diameter D of the abrasive grains, and the thickness deviation rate relative to the core wire of the resin layer is 40% or less By using a wire saw, abnormal sag, peeling of the resin layer and disconnection can be reduced.
[0030]
As will be described later with reference to experimental examples, as a result of various studies, as described above, the density in the length direction of the wire saw of the abrasive grains fixed to the outer periphery of the core wire and the abrasive grains protrude from the resin layer. By adjusting the average height (protrusion rate) of the part and adjusting the thickness deviation rate with respect to the core wire of the resin layer, while maintaining the dischargeability of cutting waste (sludge) in a good range, As a result of uniforming the applied load, it is presumed that abnormal grain removal, peeling of the resin layer and disconnection are reduced.
[0031]
Here, with reference to FIGS. 1A and 1B, the definitions of the protrusion rate Pr and the thickness deviation rate Td that characterize the wire saw used in the cutting method according to the embodiment of the present invention will be described.
[0032]
As shown in FIG. 1A, in the wire saw 20, abrasive grains 24 are fixed to the outer peripheral surface of a core wire 22 by a resin layer 26. When the average particle diameter of the abrasive grains 24 is D and the height (protrusion amount) of the portion where the abrasive grains 24 protrude from the resin layer 26 is P, the ratio of the protrusion amount P to the average particle diameter D is the protrusion rate Pr. (%). That is, it is expressed by Pr = (P / D) × 100. The protrusion rate Pr can be obtained from, for example, an optical micrograph of a cross section of the wire saw 20.
[0033]
For example, as described in Japanese Patent No. 3078020, the wire saw 20 uses a method called an enamel method or the like, and a resin in which abrasive grains are dispersed (mixed with a solvent if necessary) is applied to the outer periphery of the core wire. Manufactured by applying. If the thickness of the resin layer is not sufficiently adjusted at this time, the thickness of the resin layer 26 in the cross section including the diameter of the wire saw 20 (core wire 22) is schematically shown in FIG. May not be uniform with respect to the core wire 22. In order to quantitatively evaluate the thickness deviation of the resin layer 26, the thickness deviation rate Td (%) is defined as follows.
[0034]
Assume that the radius of the core wire 22 is Rw, the minimum value of the thickness of the resin layer 26 is Trl, the maximum value is Trh, and the thickness deviation rate Td is (Trh−Trl) / {(Trh + Trl) / 2}. The denominator (Trh + Trl) / 2 may be the average thickness of the resin layer 26. The thickness deviation rate Td is obtained by actually measuring the radius Rw of the core wire 22 and the minimum value Trl and the maximum value Trh of the thickness of the resin layer 26. The thickness of the resin layer 26 is calculated | required from the optical microscope photograph of the cross section of the wire saw 20, for example. Of course, the thickness deviation rate of the ideal resin layer 26 is 0%.
[0035]
Moreover, the wire saw 20 which satisfies the above-mentioned conditions is manufactured by controlling the thickness of the resin layer using a floating die in a resin coating process by an enamel method as disclosed in, for example, Japanese Patent No. 3078020. Is done. Such a wire saw 20 may be supplied from a general wire saw manufacturer (for example, Allied Material Co., Ltd.) if the above specifications are specified.
[0036]
In order to obtain the advantage that the cutting margin is small, the outer diameter of the wire saw 20 is preferably 0.3 mm or less, and more preferably 0.25 mm or less. The lower limit value of the outer diameter of the wire saw 20 is set so that sufficient strength can be obtained, and 0.12 mm to 0.20 mm, more preferably, in order to fix the abrasive grains of a predetermined size with sufficient strength. A core wire 22 having a diameter of about 0.15 mm to 0.20 mm is used.
[0037]
The average particle diameter D of the abrasive grains 24 preferably satisfies the relationship of 20 μm ≦ D ≦ 60 μm, more preferably satisfies the relationship of 30 μm ≦ D ≦ 60 μm, particularly 40 μm ≦ D. It is preferable to satisfy the relationship of ≦ 60 μm.
[0038]
When the wire saw 20 according to the embodiment of the present invention is used, it is possible to achieve good cutting efficiency and excellent cutting waste discharge performance, so that cutting can be performed at a relatively high traveling speed (for example, 1000 m / min), and conventionally. Can also be used over a long period of time. Moreover, since it cools efficiently with said cooling fluid, a rare earth alloy can be cut stably over a long period of time with good machining accuracy. When a coolant mainly composed of water is used, the cutting efficiency is set by setting the traveling speed about 20 to 30% faster (for example, 1100 m / min to 1200 m / min) than when using an oil-based coolant. Can be optimized.
[0039]
The coolant mainly composed of water used in the cutting method according to the embodiment of the present invention has a low viscosity (kinematic viscosity is about 1 mm). 2 / S), so that the coolant that discharges cutting waste is oily (generally kinematic viscosity is 5 mm) 2 / S or higher). Therefore, in order to improve the dischargeability of cutting waste, in the cutting process, the cutting part is maintained in a state immersed in the cooling liquid stored in the tank, and the cooling liquid is supplied into the tank from the bottom of the tank. In addition, it is preferable to maintain a state overflowing from the opening of the tank by being supplied from the opening of the tank.
[0040]
The cutting waste discharged into the low-viscosity coolant easily settles, and only a small amount of cutting waste floats near the opening of the tank. In order to perform cutting with the cutting part immersed in the coolant, the wire saw is arranged to run in the coolant near the opening of the tank, so the wire saw runs in the coolant with less cutting waste. The coolant is supplied with a small amount of cutting waste to the cutting part. In particular, the amount of cutting waste in the coolant supplied to the cutting portion can be reduced by supplying the coolant also from the opening of the tank and maintaining the state overflowing from the opening. Furthermore, the effect of mechanically washing away the cutting waste adhering to the wire saw can be obtained by the flow of the cooling liquid supplied from the opening of the tank. The amount of the coolant that overflows in one minute is preferably 50% or more of the tank volume. Moreover, it is preferable that the quantity of the cooling fluid supplied from an opening part is larger than the quantity of the cooling fluid supplied from the bottom part of a tank.
[0041]
Further, by forming a curtain-like cooling liquid flow (or air flow) on the side of the opening of the tank that intersects the traveling direction of the wire saw, the cooling liquid is prevented from overflowing from the opening of the tank. If the liquid level of the overflowing coolant is made higher than the wall of the tank, more coolant will be supplied around the cutting part, so that the amount of cutting waste in the coolant can be further reduced. it can. The discharge pressure for forming the coolant flow is 0.2 MPa (2 kgf / cm 2 ) To 1.0 MPa (10 kgf / cm 2 ) Is preferably within the range of 0.4 MPa (4 kgf / cm 2 ) To 0.6 MPa (6 kgf / cm 2 More preferably, it is within the range of If the discharge pressure is lower than this range, a sufficient effect may not be obtained. If the discharge pressure is higher than this range, the wire saw may bend and processing accuracy may be reduced.
[0042]
Moreover, it is preferable that the coolant is discharged also to a pair of main rollers that are arranged on both sides of the tank among the main rollers provided to run the wire saw and restrict the running position of the wire saw. By discharging the cooling liquid to these main rollers, the temperature of the polymer layer (for example, an organic polymer layer such as a urethane rubber layer) provided on the surface of the main roller and having a groove for guiding the wire saw is increased. In addition, it is possible to prevent the traveling position of the wire saw from being displaced and the wire saw from being removed from the groove by washing away the cutting waste (or sludge) adhering or staying in the wire saw or the guide groove.
[0043]
In addition, by collecting the dirty liquid made of sludge containing rare earth alloy cutting waste and coolant generated in the cutting process, and separating the rare earth alloy cutting waste from the sludge using a magnet, Can be reused (eg, used cyclically). As described above, the coolant containing water as a main component has a low viscosity, so that cutting waste can be easily separated. Further, by separating the rare earth alloy cutting waste, the waste liquid treatment of the cooling liquid can be easily carried out without damaging the environment. Furthermore, since the amount of carbon that cannot be easily separated from the R—Fe—B alloy (R is a rare earth element containing Y) can be reduced, cutting scraps can also be used as a raw material for the rare earth alloy. Since the cooling liquid contains water as a main component, it is easy to reduce the amount of carbon contained in the rare earth alloy regenerated from the cutting waste, so that a raw material used as a material for the rare earth magnet can be obtained. As a method for separating cutting waste from sludge, for example, the method disclosed by the present applicant in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-36113 can be used.
[0044]
When the cutting method according to the embodiment of the present invention is employed, the rare earth alloy can be cut with high accuracy and efficiency. For example, a small rare earth magnet for a voice coil motor used for positioning a magnetic head (for example, having a thickness of 0.1 mm). 5 mm to 3.0 mm) can be manufactured with high accuracy and efficiency.
[0045]
Hereinafter, embodiments of a method for cutting a rare earth alloy according to the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. This embodiment demonstrates the cutting method of the neodymium magnet sintered compact used for manufacture of the above-mentioned neodymium magnet.
[0046]
A method for producing a neodymium (Nd—Fe—B-based) sintered magnet will be briefly described. A method for producing a rare earth alloy as a magnet material is disclosed in detail in, for example, the above-mentioned US Pat. No. 4,770,723 and US Pat. No. 4,792,368.
[0047]
First, the raw metal is accurately weighed to a predetermined component ratio, and then the raw metal is melted in a high-frequency melting furnace in a vacuum or an argon gas atmosphere. The melted raw material metal is cast into a water-cooled mold to form a raw material alloy having a predetermined composition. This raw material alloy is pulverized to produce fine powder having an average particle size of about 3 to 4 μm. This fine powder is put into a mold and press-molded in a magnetic field. At this time, if necessary, the fine powder is mixed with a lubricant before press molding. Next, a neodymium magnet sintered body can be produced by performing a sintering step of about 1000 ° C. to about 1200 ° C. Thereafter, in order to improve the coercive force of the magnet, an aging treatment is performed at about 600 ° C. to complete the production of the rare earth magnet sintered body. The size of the sintered body is, for example, 30 mm × 50 mm × 50 mm.
[0048]
The obtained sintered body is cut to form a plurality of thin plates (sometimes referred to as substrates or wafers) cut from the sintered body. Each thin plate of the obtained sintered body is subjected to a finishing process by polishing, and after adjusting the size and shape, a surface treatment is applied in order to improve long-term reliability. Then, after performing a magnetization process, a neodymium sintered magnet is completed through an inspection process. In addition, you may perform a magnetization process before a cutting process.
[0049]
Next, the cutting method according to the embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS.
[0050]
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a wire saw device 100 that is suitably used for executing the method of cutting a rare earth alloy according to the embodiment of the present invention.
[0051]
The wire saw device 100 includes three main rollers 10a, 10b and 10c, and a pair of reel bobbins 40a and 40b. The main roller 10a provided in the lower part of the tank 30 for storing the cooling liquid is a driving roller, and the main rollers 10b and 10c provided on both sides of the tank 30 are driven rollers. The wire saw 20 is wound, for example, from one reel bobbin 40a to the other reel bobbin 40b while reciprocating (so-called reciprocating drive method). At this time, by making the winding time of the reel bobbin 40a longer than the winding time of the other reel bobbin 40b, the new wire saw 20 can be supplied to the reel bobbin 40a side while reciprocating the wire saw 20. . The traveling speed of the wire saw 20 is, for example, in the range of 600 m / min to 1500 m / min, and the speed of supplying the new line is, for example, in the range of 1 m / min to 5 m / min.
[0052]
Between the main rollers 10a, 10b and 10c, the wire saw 20 is stretched in 150 rows, for example. In order to determine the traveling position of the wire saw 20, a polymer layer (for example, urethane) having grooves (for example, a depth of about 0.6 mm, not shown) for guiding the wire saw 20 on the surfaces of the main rollers 10a, 10b, and 10c. An organic polymer layer such as a rubber layer) is provided. The interval between the rows of the wire saws 20 is determined by the pitch of the guide grooves. The pitch of the guide groove is set according to the thickness of the plate to be cut out from the workpiece. As the polymer layer, an inorganic polymer layer formed from a silicone elastomer or the like can also be used.
[0053]
In the vicinity of the reel bobbins 40a and 40b, traversers 42a and 42b for adjusting the winding position are provided, respectively. In the path from the reel bobbins 40a and 40b to the main roller 10a, five guide rollers 44 and one tension roller 46 are provided on each side for guiding the wire saw 20 and its tension. Is adjusted. Although the tension | tensile_strength of the wire saw 20 can be suitably changed according to various conditions (cutting length, cutting speed, traveling speed, etc.), it sets to the range of 20N-40N, for example.
[0054]
The sintered body workpiece 50 produced as described above is set in the wire saw device 100 as follows.
[0055]
The plurality of workpieces 50 are fixed to each other by, for example, an epoxy-based adhesive (not shown), and are fixed to the iron work plate 54 with the carbon base plate 52 interposed therebetween in a state assembled as a plurality of blocks. The The work plate 54, each block of the work piece 50, and the carbon base plate 52 are also fixed to each other by an adhesive (not shown). The carbon base plate 52 functions as a dummy that protects the work plate 54 by receiving the cutting work by the wire saw 20 until the lowering operation of the work plate 54 stops after the work piece 50 has been cut.
[0056]
In the present embodiment, the size of each block is designed so that the size of each block measured along the traveling direction of the wire saw 20 is about 100 mm. In the present embodiment, the workpiece 50 is divided into a plurality of blocks as described above. However, the size of the wire saw 20 in the traveling direction should be set to the surface tension of the coolant or It also changes depending on the running speed. Further, the number and arrangement of the workpieces 50 constituting one block also change depending on the size of each workpiece 50. In consideration of these, the work piece 50 may be arranged by appropriately dividing the block into optimally sized blocks.
[0057]
The workpiece 50 set as described above is lowered by a lifting device including a motor 58, pressed against the traveling wire saw 20, and cut. The descending speed of the workpiece 50 can be changed according to various conditions, but is set within a range of 20 mm / hr to 50 mm / hr, for example.
[0058]
The coolant stored in the coolant tank 60 is pumped through the pipe 63 by the discharge pump 62. The pipe 63 is branched into a lower pipe 64 and an upper pipe 66 on the way. The lower pipe 64 and the upper pipe 66 are provided with valves 63b and 63a for adjusting the flow rate of the coolant to each. The lower pipe 64 is connected to a lower nozzle 64a provided at the bottom of the tank 30 for immersing the cutting part. The upper pipe 66 is connected to upper nozzles 66a, 66b and 66c for supplying the coolant from the opening of the tank 30, and upper nozzles 66d and 66e provided for cooling the main rollers 10b and 10c, respectively. ing.
[0059]
Cooling liquid is supplied to the tank 30 from the upper nozzles 66a, 66b and 66c and the lower nozzle 64a, and at least during the cutting process, as shown by the arrow F in FIG. It is maintained in a state overflowing from the department. The cooling liquid overflowing from the tank 30 is guided to the collection tank 72 by the collection pan 70 provided below the tank 30 and accumulated. The recovered coolant is sent to the coolant tank 60 via the circulation pipe 76 by the discharge pump 74, as shown in FIG. A filter 78 is provided in the middle of the circulation pipe 76 to separate and remove cutting waste in the recovered coolant. The collection method is not limited to this, and a mechanism for separating cutting waste using magnetic force may be provided (see, for example, JP-A-2002-36113).
[0060]
Next, the cutting process according to the present invention will be described in more detail with reference to FIG.
[0061]
The tank 30 has an auxiliary wall 32 in the vicinity of the opening of the side wall that intersects the traveling direction of the wire saw 20. The auxiliary wall 32 is formed of a plastic plate (for example, an acrylic plate) and is provided so as to be close to the traveling position of the unloaded wire saw indicated by a broken line in FIG. When the workpiece 50 is lowered and brought into contact with the wire saw 20 for cutting, the wire saw 20 bends and the cutting portion is immersed in the cooling liquid in the tank 30 as shown by the solid line in FIG. At this time, as the wire saw 20 bends, the wire saw 20 cuts the auxiliary wall 32 to form a slit. When the cutting by the wire saw 20 reaches a steady state, the amount of deflection is constant, and the wire saw 20 cuts the workpiece 50 while passing through the slit formed in the auxiliary wall 32. Therefore, the slit formed in the auxiliary wall 32 functions to regulate the traveling position of the wire saw 20 and contributes to the stability of processing accuracy.
[0062]
The tank 30 has a capacity of, for example, about 35 L (liter). During the cutting process, the coolant is supplied from the lower nozzle 64 a at a flow rate of about 30 L / min, and about 90 L from the upper nozzles 66 a, 66 b, and 66 c. The coolant is supplied at a flow rate of / min, and the coolant is always maintained in a state of overflowing from the opening. Considering only supplying the coolant to the wire saw 20, as shown in FIG. 2, the wire saw 20 bends during cutting, and thus it is not always necessary to overflow the coolant. However, in the neodymium magnet sintered body illustrated, In order to improve the discharge property of cutting waste, it is preferable to employ the above-described configuration.
[0063]
In order to improve the dischargeability of cutting waste, it is effective to reduce the amount of cutting waste contained in the coolant near the cutting portion. In order to obtain sufficient dischargeability, it is preferable that the amount of the coolant overflowing for one minute is 50% or more of the tank volume. Furthermore, it is preferable to supply more fresh coolant from the opening than from the bottom of the tank 30. Since a low-viscosity coolant having water as a main component is used, the cutting waste discharged into the coolant easily settles. Therefore, when a large amount of coolant is supplied from the bottom of the tank 30, the settled waste Is not preferable because it causes floating near the cutting portion.
[0064]
In addition, it is preferable to increase the proportion of the fresh coolant supplied from the opening. That is, by supplying the coolant from the opening of the tank 30 and maintaining the state overflowing from the opening, the amount of cutting waste in the coolant supplied to the cutting unit can be reduced. Furthermore, the effect of mechanically washing away the cutting waste adhering to the wire saw 20 by the flow of the coolant supplied from the opening of the tank 30 is also obtained.
[0065]
Moreover, since the part other than the slit formed by the wire saw 20 functions as the side wall of the tank 30, the auxiliary wall 32 described above functions to keep the liquid level S of the coolant high. Further, a curtain-like coolant flow is formed in the direction intersecting the traveling direction of the wire saw 20 at the opening of the tank 30 by using the nozzles 66b and 66e, and the coolant overflows from the opening of the tank 30. By suppressing the liquid level S of the overflowing coolant becomes higher than the auxiliary wall 32 of the tank 30, more coolant is supplied to the periphery of the cutting portion, and the amount of cutting waste in the coolant is further increased. Can be reduced. The discharge pressure for forming the coolant flow is 0.2 MPa (2 kgf / cm 2 ) To 1.0 MPa (10 kgf / cm 2 ) Is preferably within the range of 0.4 MPa (4 kgf / cm 2 ) To 0.6 MPa (6 kgf / cm 2 More preferably, it is within the range of If the discharge pressure is lower than this range, a sufficient effect may not be obtained. If the discharge pressure is higher than this range, the wire saw 20 may be shaken, and as a result, the processing accuracy may be reduced.
[0066]
In addition, it is preferable that the coolant is discharged also to the pair of main rollers 10 b and 10 c that are arranged on both sides of the tank 30 and regulate the traveling position of the wire saw 20. The temperature of the polymer layer (for example, urethane rubber layer) having grooves for guiding the wire saw 20 provided on the surfaces of the main rollers 10b and 10c by discharging the cooling liquid to the main rollers 10b and 10c. While suppressing the rise, the cutting waste (or sludge) adhering to or staying in the wire saw 20 or the guide groove can be washed away, so that the traveling position of the wire saw 20 can be prevented from being displaced, or the wire saw 20 can be removed from the groove. be able to.
[0067]
As the surfactant added to the coolant mainly composed of water, anionic surfactants such as fatty acid derivatives such as fatty acid soaps and naphthenic acid soaps, or sulfate esters such as long-chain alcohol sulfates and sulfated oils of animal and vegetable oils. Type, or sulfonic acid type such as petroleum sulfonate, non-ionic type, polyoxyethylene type such as polyoxyethylene alkylphenyl ether and polyoxyethylene mono fatty acid ester, polyhydric alcohol type such as sorbitan mono fatty acid ester, or An alkylolamide system such as fatty acid diethanolamide can be used. Specifically, by adding about 2% by weight of chemical solution type JP-0497N (manufactured by Castrol Co.) to water, the surface tension and the dynamic friction coefficient can be adjusted within predetermined ranges.
[0068]
As synthetic type synthetic lubricants, synthetic solution type, synthetic emulsion type and synthetic soluble type can be used. Among them, synthetic solution type is preferable, and specifically, Syntylo 9954 (Castrol) And # 830 and # 870 (manufactured by Yushiro Chemical Industry Co., Ltd.). In any case, the surface tension (or dynamic friction coefficient) can be adjusted within a suitable range by adding about 2 to 10% by weight to water.
[0069]
Moreover, the corrosion of rare earth alloys can be prevented by containing a rust inhibitor. In particular, when cutting an R—Fe—B based rare earth alloy, the pH is preferably 8 to 11, and more preferably 9 or more. As an antirust agent, organic type, carboxylate such as oleate and benzoate, or amines such as triethanolamine, inorganic type, phosphate, borate, molybdate, tungstate Or carbonates can be used.
[0070]
Moreover, as a nonferrous metal anticorrosive agent, for example, a nitrogen compound such as benztriazole can be used, and as a preservative, a formaldehyde donor such as hexahydrotriazine can be used.
[0071]
Moreover, a silicone emulsion can be used as an antifoamer. By containing an antifoaming agent, the foaming of the cooling liquid is reduced, the permeability of the cooling liquid is improved, the cooling effect is enhanced, and the temperature rise and abnormal wear of the wire saw 20 are less likely to occur.
[0072]
The structure of the wire saw 20 that is preferably used in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5A and 5B. In FIG. 4, the lower half from the center line indicated by the one-dot chain line of the wire saw 20 is simplified.
[0073]
As the wire saw 20, one in which diamond abrasive grains 24 are fixed to the outer peripheral surface of a core wire (piano wire) 22 with a resin layer 26 is preferably used. Among these, it is preferable to use a phenol resin, an epoxy resin, or a polyimide resin as the resin. These resins have high adhesive strength to the outer peripheral surface of the piano wire (hard steel wire) 22 and are excellent in wettability (penetration) with respect to the above-described cooling liquid.
[0074]
A specific example of a suitable wire saw 20 is a wire saw having an outer diameter of about 0.24 mm in which diamond abrasive grains having an average particle diameter of about 40 μm are fixed to the outer periphery of a piano wire 22 having a diameter of about 0.18 mm by a phenol resin layer 26. 20 is mentioned. From the viewpoint of cutting efficiency and cutting waste (sludge) discharge efficiency, the average distance between the abrasive grains 26 adjacent to each other in the length direction of the wire saw 20 (axial direction: direction parallel to the dashed line in FIG. 4) is: What is in the range of 150 to 400% of the average particle diameter D of an abrasive grain is preferable.
[0075]
For example, as shown in FIGS. 5A and 5B, when the average distance L between adjacent abrasive grains in the length direction of the wire saw 20 is 200% or 300% of the average grain diameter D of the abrasive grains, As a result, the load applied to each abrasive grain 24 is reduced, and as a result, abnormal degreasing of the abrasive grains 24, peeling of the resin layer 26, and occurrence of disconnection are reduced. That is, when the average distance L between adjacent abrasive grains is 400% or more, the distribution density of the abrasive grains 24 becomes too sparse, so that the load applied to the individual abrasive grains 24 in the cutting process becomes too large and abnormal degranulation occurs. End up. On the other hand, when the average distance L between adjacent abrasive grains is less than 150%, the distribution density of the abrasive grains 24 becomes too sparse, resulting in insufficient chip pocket capacity, which will be described later, resulting in reduced cutting waste. As a result, cutting efficiency is reduced.
[0076]
5A and 5B schematically show an example in which the outer peripheral surface (length: about 1.6 mm) of the wire saw 20 is stretched to a flat surface and the abrasive grains 24 are uniformly distributed. The abrasive grains 24 are unevenly distributed. However, the semi-quantitative effect on the distribution density of the abrasive grains due to the difference in the average distance L between adjacent abrasive grains can be understood from these figures. The average distance L between adjacent abrasive grains in the actual wire saw 20 can be obtained from an optical micrograph, for example.
[0077]
Furthermore, the protrusion rate of the abrasive grains 22 in the wire saw 20 is preferably 70% or less. When the protrusion rate exceeds 70%, the load applied to the abrasive grains 22 cannot be sufficiently supported by the resin layer 26, and therefore, abnormal degreasing and peeling of the resin layer are likely to occur. Moreover, it is preferable that the protrusion rate of an abrasive grain exceeds 40% from a viewpoint of discharge property of cutting waste. When the protrusion rate is 40% or less, the volume of the space (chip pocket) 28 formed between the abrasive grains 22 is not sufficient, so that the dischargeability of the cutting waste is lowered, and as a result, the cutting efficiency may be lowered. . Needless to say, the size of the chip pocket 28 also depends on the distance between adjacent abrasive grains described above.
[0078]
Furthermore, in the cutting method of the present embodiment, the wire saw 20 having a thickness deviation rate of the resin layer 26 of 40% or less is used. If the uneven thickness ratio exceeds 40%, the load applied to the resin layer 26 to which the abrasive grains 24 are fixed becomes uneven. If the wire saw 20 is used for cutting, the local strength of the resin layer 26 is insufficient. As a result, abnormal degreasing of the abrasive grains 24 and peeling of the resin layer 26 are likely to occur.
[0079]
In the following, an experimental example is shown, and the relationship between the average distance L between the wire saws 20, the protruding rate and the uneven thickness rate of the abrasive grains, the separation and disconnection of the resin layer 26, and the surface accuracy (swell) of the cut surface. explain.
[0080]
In the following experimental example, a block of neodymium magnet sintered body (running direction length 40 mm, lateral direction length 50 mm, thickness 30 mm) using the wire saw device 100 shown in FIG. It cut | disconnected so that the edge of a direction might be divided. As the cooling liquid, WS-250B manufactured by Yushiro Chemical Industry Co., Ltd. was added to water (tap water) to adjust the surface tension to 34.6 mN / m and the dynamic friction coefficient to 0.13. The traveling speed of the wire saw 20 was 1100 m / min, and the cutting speed (thickness direction) was 40 mm / hour.
[0081]
The diameter of the core wire (piano wire) 22 of the wire saw 20 was 0.18 mm, and the average particle size of the abrasive grains (diamond abrasive grains) 24 was 42 μm. As the resin, a phenol resin was used, and an average thickness (ideal thickness) of the resin layer 26 was 20 μm. The average distance L between adjacent wires of the wire saw 20, the protrusion rate of the abrasive grains, and the thickness deviation rate were obtained from an optical micrograph. In addition, the thickness ratio used the result measured about the cross section of about 10 places by length 500mm space | interval. The peeling of the resin layer 26 was evaluated by visually observing the appearance of the wire saw 20 after processing the block of the neodymium magnet sintered body for 4 hours. For example, when the length of the wire saw 20 is 200 m, peeling occurs when the length of peeling of 5 mm or more is accumulated 10 m or more, and the accumulation of peeling length is 10 m or more and 60 m or less is regarded as “small amount generation”, exceeding 60 m In this case, “overall occurrence” was designated. Further, among the “small amount generation”, the case where the interval between adjacent peeling portions is 20 m or more is defined as “intermittent generation”. Further, the surface accuracy of the cut surface was measured using a contact-type roughness meter, and the maximum waviness within a width of about 25 mm was evaluated as a representative value.
[0082]
First, Table 1 shows the results of examining the influence of the average distance L between adjacent abrasive grains in the length direction of the wire saw 20.
[0083]
As is apparent from Table 1, the resin layer 26 does not peel off when the average distance L between adjacent abrasive grains is 150% or more and less than 400% of the average grain diameter of the abrasive grains, and the surface accuracy of the cut surface is also high. It was good at less than about 8 μm. On the other hand, when the average distance L between adjacent abrasive grains is less than 150% of the average particle diameter, the cutting efficiency is low and it is difficult to realize a cutting speed of 40 mm / hour. When the average distance L between adjacent abrasive grains is 400% or more of the average particle diameter, the resin layer 26 is peeled off. When the average distance L is 600% or more, the resin layer 26 is peeled over the entire surface of the wire saw 20 and is disconnected. There was also. Further, when the average distance L between adjacent abrasive grains was 400% or more of the average particle diameter, the surface accuracy of the cut surface was a large value of 8 μm or more. From these facts, by setting the average distance L between adjacent abrasive grains of the wire saw 20 within a range of 150% or more and less than 400% of the average grain diameter of the abrasive grains, the life of the wire saw 20 can be extended and sufficient cutting is performed. It can be seen that the surface accuracy of the surface can be obtained.
[0084]
[Table 1]
Figure 0003770879
[0085]
Next, Table 2 shows the results of examining the influence of the protrusion rate of the abrasive grains 24.
[0086]
As can be seen from Table 2, when the wire saw 20 with a protrusion rate of 71% or more was used, the resin layer 26 began to peel off, and when the wire saw 20 with a protrusion rate of over 83% was used, disconnection occurred. Moreover, when the wire saw 20 having a protrusion rate of 71% or more was used, the surface accuracy (swell) of the cut surface was 10 μm or more. It is more preferable to use the wire saw 20 having a protrusion rate of 60% or less because the surface accuracy of the cut surface can be suppressed to 8 μm or less. However, if a wire saw having a protrusion rate of 40% or less is used, the resin layer does not peel off and sufficient surface accuracy of the cut surface can be obtained, but the cutting efficiency may decrease. Therefore, the protrusion rate is preferably 40% or more.
[0087]
[Table 2]
Figure 0003770879
[0088]
Next, Table 3 shows the results of examining the influence of the uneven thickness ratio of the resin layer 26.
[0089]
As is apparent from Table 3, when the wire saw 20 having an uneven thickness ratio of 50% or more was used, the resin layer 26 was peeled off, and when using the wire saw 20 having an uneven thickness ratio of 100% or more, disconnection was generated. In contrast, when the wire saw 20 having an uneven thickness ratio of 40% or less was used, the resin layer 26 did not peel off, and the surface accuracy of the cut surface was a small value of 4 μm or less. The uneven thickness ratio is more preferably 30% or less, but even 40% or less can be sufficiently used for mass production.
[0090]
Note that the occurrence of peeling or disconnection of the resin layer 26 of the wire saw 20 also depends on the tension of the wire saw 20 that travels between the rollers. The above results are obtained when the tension of the wire saw 20 is set to 30N, and almost the same result can be obtained when the tension of the wire saw is 25N or more and 35N or less.
[0091]
[Table 3]
Figure 0003770879
[0092]
Next, a preferable structure of the main rollers 10a, 10b and 10c of the wire saw device 100 using the above-described wire saw will be described.
[0093]
When a coolant mainly composed of water is used, the wire saw disconnection rate increases (that is, the wire breaks in a shorter time) than when an oil-based coolant is used. . As a result of various studies by the present inventor, as schematically shown in FIG. 7, a pair of inclined surfaces that the guide groove 10G has as a cross-sectional shape of the guide groove 10G formed in the polymer layer 10P of the rollers 10a, 10b, and 10c. By adopting a configuration in which 10S forms an angle of 25 ° or more and less than 45 ° with respect to the radial direction 10R of the roller 10a (hereinafter referred to as “inclination angle (α)”), occurrence of disconnection of the wire saw 20 is further suppressed. In addition, it has been found that sufficient processing accuracy can be obtained. The inclination angle is more preferably 30 ° or more and 35 ° or less.
[0094]
In addition, as illustrated, it is preferable that both of the pair of slopes 10S included in the guide groove 10G have an inclination angle in the above range with respect to the radial direction 10R of the roller 10a. However, at least one of the pair of slopes 10S is preferred. If it has the inclination angle of said range, the effect which suppresses generation | occurrence | production of a disconnection and sufficient processing precision can be acquired.
[0095]
Conventionally, for example, as shown in FIG. 7, a structure in which the inclined surface 10S of the guide groove 10G forms an inclination angle of 45 ° or more with respect to the radial direction 10R of the roller has been adopted. This is to efficiently discharge sludge efficiently from the guide groove 10G, and in particular, the rare earth alloy has a main phase that causes brittle fracture and a grain boundary phase that causes ductile fracture. The sludge has a low sludge discharge performance because it is high and has a large specific gravity. Therefore, in order to improve the sludge discharge performance, the inclination angle is set to be more than 45 °.
[0096]
However, as a result of the study by the present inventors, it has been found that when the inclination angle of the inclined surface 10S is made larger than 45 °, the disconnection occurrence rate does not decrease so much, but rather the problem that the machining accuracy decreases occurs. Hereinafter, this phenomenon will be described with reference to FIG. As described with reference to FIG. 2, the wire saw 20 is hung in multiple lines so as to form a plurality of running line rows parallel to each other between the rollers 10 a, 10 b, and 10 c. Since the position of the wire saw 20 forming the row of travel lines is defined by the guide groove 10G formed in each polymer layer 10P of the rollers 10a, 10b and 10c, when moving from one travel line to the next travel line In addition, the wire saw 20 is slanted on the guide groove 10G. The wire saw 20 hung diagonally receives a twisting force from the inclined surface 10S of the guide groove 10G. Further, as the wire saw 20 is inclined, a larger twisting force is received.
[0097]
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the inclination angle of the inclined surface 10S of the guide groove of the roller and the twist angle of the wire saw. The twist angle Ω is proportional to the twisting force that the wire saw 20 receives from the roll, and indicates that the wire saw is twisted once when the twist angle Ω = 360 °. In addition, the result shown in FIG. 8 was calculated | required from the dynamic model calculation about the structure demonstrated below. In addition, the inclination angle of the slope 10S is assumed to be equal on the slopes on both sides. Results are shown.
[0098]
Between a pair of rollers (rollers 10b and 10d in FIG. 1 having a diameter of 170 mm) arranged at an interval (span) of 450 mm, 200 pieces of wire saw 20 are arranged with a tension of 30 N (3 kgf). The new line is supplied at a rate of 2 m / min and is reciprocated in a 120-second cycle. At this time, the wire saw 20 reciprocates about 190 times and then escapes from the roller.
[0099]
Here, as a result of various experiments, when the wire saw is subjected to a twisting force of 5 times (Ω = 1800 °) within one span (450 mm), the wire saw 20 is twisted approximately 500 times while the wire saw 20 travels 200 lines. did. That is, when receiving the force of twisting 200 lines × 5 times = 1000 times, about 50% of the amount was accumulated as actual twisting. Therefore, the torsion angle Ω on the vertical axis in FIG. 8 indicates a value obtained by multiplying the torsion angle corresponding to the torsional force obtained from the dynamic model calculation by 0.5. Further, it was estimated from a static torsion breaking strength test that the wire saw breaks with a probability of 10% when the twist angle actually accumulated in the wire saw 20 becomes 1800 ° (five turns).
[0100]
As can be seen from FIG. 8, the twisting force (twisting angle) decreases monotonously as the inclination angle α of the groove 10G increases. Considering the breaking of the wire saw 20 simply by the twisting force, when the wire saw 20 is thin (diameter d = 0.19 mm), the inclination angle is 10 ° or more, and when the wire saw 20 is thick (diameter is 0.25 mm), the inclination angle is 25. If it is more than 0 °, breakage of the wire saw 20 can be suppressed.
[0101]
However, according to experiments, when any of the wire saws 20 was used, the disconnection occurrence rate did not decrease so much when the inclination angle was 45 ° or more. Further, when the inclination angle is 45 ° or more, there is a problem that the processing accuracy is lowered.
[0102]
This is because as the inclination angle increases, the width 10W (see FIG. 6) of the guide groove 10G increases, the wire saw 20 swings in the guide groove 10G, and further jumps to the adjacent guide groove 10G. It is considered that the wire saw 20 is disconnected as a result of uneven tension and twisting force applied to the wire saw 20 and generation of large stress locally. Further, it is considered that the machining accuracy is lowered as a result of the wire saw 20 not traveling stably in the guide groove 10G. In the experiment, a urethane rubber layer was used as the polymer layer 10P, and an approximately 10% aqueous solution of # 830 manufactured by Yushiro Chemical Industry Co., Ltd. was used as the cooling liquid. Also, the same rare earth sintered magnet workpiece as in the above experimental example was cut.
[0103]
From the above results, the inclination angle of the inclined surface 10S of the guide groove 10G is preferably 25 ° or more and less than 45 °. In order to suppress disconnection of the wire saw 20 as much as possible, the inclination angle is preferably set to 30 ° or more so that the twisting force is reduced. In order to obtain high processing accuracy, the inclination angle is set to 35 ° or less. It is preferable. In addition, it is preferable that the bottom 10B of the guide groove 10G is processed to have a slightly smaller radius of curvature than the radius of the wire saw 20.
[0104]
When the above-described wire saw device 100 is used, the life of the wire saw 20 can be further extended in combination with the effect of using the wire saw 20 of the above-described embodiment. In particular, the effect of this embodiment is great when a relatively large twisting force is generated, such as when the distance between rollers is short.
[0105]
Although the embodiment of the present invention has been described by exemplifying the wire saw device 100, the present invention is not limited to this, and is applied to an endless type wire saw device using a single reel bobbin (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-98018). can do.
[0106]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to lengthen the lifetime of a wire saw at the time of cut | disconnecting a rare earth alloy using the cooling liquid which has water as a main component with a wire saw apparatus. Therefore, it is possible to efficiently cut a rare earth sintered alloy for rare earth sintered magnets used in, for example, a voice coil motor, using an environmentally friendly coolant mainly composed of water. That is, the manufacturing cost of the rare earth sintered magnet can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view for explaining the definition of the wire saw abrasive grain protrusion rate, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view for explaining the definition of the wire saw wall thickness deviation rate. It is.
FIG. 2 is a schematic view showing a wire saw device 100 suitably used for executing the rare earth alloy cutting method according to the embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram showing a configuration in the vicinity of a cutting portion of the wire saw device 100 shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a wire saw 20 that is suitably used for executing the rare earth alloy cutting method according to the embodiment of the present invention.
FIGS. 5 (a) and 5 (b) schematically show the abrasive grain distribution in the wire saw 20 that is suitably used to execute the rare earth alloy cutting method of the embodiment according to the present invention. Shows the case where the average distance L between adjacent abrasive grains is 200% of the average grain diameter of the abrasive grains, and (b) is 300%.
6 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a roller preferably used in the wire saw devices 100 and 200. FIG.
FIG. 7 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a conventional roller.
FIG. 8 is a graph showing a relationship between an inclination angle of a slope 10S of a guide groove of a roller and a wire saw twist angle.
[Explanation of symbols]
10a, 10b, 10c main roller
20 Wire saw
22 core wire
24 abrasive
26 Resin layer
28 chip pockets
30 tanks
40a, 40b reel bobbin
42a, 42b traverser
50 workpieces
60 Coolant tank
70 Bread for collection
80a, 80b spraying device

Claims (8)

芯線に砥粒を樹脂層によって固着させたワイヤソーを用いる希土類合金の切断方法であって、
前記希土類合金が前記ワイヤソーによって切削される部分を２５℃における表面張力が２５ｍＮ／ｍ〜６０ｍＮ／ｍの範囲内にある水を主成分とする冷却液中に浸漬した状態で、前記ワイヤソーを走行させることによって前記希土類合金を切削する工程を包含し、
前記ワイヤソーとして、長さ方向において互いに隣接する前記砥粒間の平均距離が前記砥粒の平均粒径の１５０％以上４００％未満の範囲内にあり、前記砥粒が前記樹脂層の表面から突き出している部分の平均高さが前記砥粒の平均粒径の７０％以下であって、且つ、前記樹脂層の前記芯線に対する偏肉率が４０％以下であるワイヤソーを用いる、希土類合金の切断方法。A method for cutting a rare earth alloy using a wire saw in which abrasive grains are fixed to a core wire by a resin layer,
The wire saw is run in a state in which a portion of the rare earth alloy cut by the wire saw is immersed in a coolant mainly composed of water whose surface tension at 25 ° C. is in the range of 25 mN / m to 60 mN / m. A step of cutting the rare earth alloy by
As the wire saw, the average distance between the abrasive grains adjacent to each other in the length direction is in the range of 150% or more and less than 400% of the average grain diameter of the abrasive grains, and the abrasive grains protrude from the surface of the resin layer. A method for cutting a rare earth alloy using a wire saw in which the average height of the portions is 70% or less of the average particle diameter of the abrasive grains and the deviation rate of the resin layer with respect to the core wire is 40% or less . 芯線に砥粒を樹脂層によって固着させたワイヤソーを用いる希土類合金の切断方法であって、
前記希土類合金が前記ワイヤソーによって切削される部分を前記希土類合金に対する２５℃における動摩擦係数が０．１〜０．３の範囲内にある水を主成分とする冷却液中に浸漬した状態で、前記ワイヤソーを走行させることによって前記希土類合金を切削する工程を包含し、
前記ワイヤソーとして、長さ方向において互いに隣接する前記砥粒間の平均距離が前記砥粒の平均粒径の１５０％以上４００％未満の範囲内にあり、前記砥粒が前記樹脂層の表面から突き出している部分の平均高さが前記砥粒の平均粒径の７０％以下であって、且つ、前記樹脂層の前記芯線に対する偏肉率が４０％以下であるワイヤソーを用いる、希土類合金の切断方法。A method for cutting a rare earth alloy using a wire saw in which abrasive grains are fixed to a core wire by a resin layer,
In a state where the portion where the rare earth alloy is cut by the wire saw is immersed in a coolant mainly composed of water having a dynamic friction coefficient at 25 ° C. with respect to the rare earth alloy in the range of 0.1 to 0.3, Including cutting the rare earth alloy by running a wire saw,
As the wire saw, the average distance between the abrasive grains adjacent to each other in the length direction is in the range of 150% or more and less than 400% of the average grain diameter of the abrasive grains, and the abrasive grains protrude from the surface of the resin layer. A method for cutting a rare earth alloy using a wire saw in which the average height of the portions is 70% or less of the average particle diameter of the abrasive grains and the deviation rate of the resin layer with respect to the core wire is 40% or less . 前記砥粒の平均粒径Ｄは、２０μｍ≦Ｄ≦６０μｍの関係を満足する、請求項１または２に記載の希土類合金の切断方法。The rare earth alloy cutting method according to claim 1 or 2, wherein the average grain size D of the abrasive grains satisfies a relationship of 20 µm ≤ D ≤ 60 µm. 前記芯線の直径は０．１２ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の範囲内にある、請求項１から３のいずれかに記載の希土類合金の切断方法。The rare earth alloy cutting method according to any one of claims 1 to 3, wherein a diameter of the core wire is in a range of 0.12 mm to 0.2 mm. 前記樹脂層は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂から形成されている、請求項１から４のいずれかに記載の希土類合金の切断方法。The rare earth alloy cutting method according to any one of claims 1 to 4, wherein the resin layer is formed of a phenol resin, an epoxy resin, or a polyimide resin. 前記ワイヤソーを走行させる工程は、ワイヤソーを複数のローラの間で走行させる工程であって、
前記複数のローラのそれぞれは、案内溝が形成された高分子層を有し、前記案内溝は、少なくとも一方の斜面が前記ローラの半径方向に対して２５°以上４５°未満の角度を成す一対の斜面を有し、前記ワイヤは前記一対の斜面の間を走行させられる、請求項１から５のいずれかに記載の希土類合金の切断方法。The step of running the wire saw is a step of running the wire saw between a plurality of rollers,
Each of the plurality of rollers has a polymer layer in which a guide groove is formed, and the guide groove has a pair of at least one inclined surface having an angle of 25 ° or more and less than 45 ° with respect to the radial direction of the roller. 6. The method for cutting a rare earth alloy according to claim 1, wherein the wire is allowed to travel between the pair of slopes. 前記希土類合金は、Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系希土類焼結合金である請求項１から６のいずれかに記載の希土類合金の切断方法。The method for cutting a rare earth alloy according to claim 1, wherein the rare earth alloy is an R—Fe—B rare earth sintered alloy. 前記希土類合金は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類焼結合金である請求項７に記載の希土類合金の切断方法。The method of cutting a rare earth alloy according to claim 7, wherein the rare earth alloy is an Nd—Fe—B rare earth sintered alloy.
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