旋盤加工と切削加工の基本的な違いから、それぞれの特徴、適した材料、使用する工具まで徹底解説。金属加工業界での選択肢として、どちらの加工方法が自社の製品に適しているのでしょうか？
希土類磁石と金属加工における製造工程と技術
希土類磁石の種類や製造工程、金属加工時の注意点について詳しく解説します。ネオジム磁石とサマリウムコバルト磁石の違いや加工技術を把握することで、どのような効率化が可能になるでしょうか？
希土類磁石は、永久磁石の中でも特に強力な磁力を持つ磁石の総称です。主に「ネオジム磁石」と「サマリウムコバルト磁石」の2種類が工業的に広く使用されています。
ネオジム磁石（NdFeB）の構成は以下の通りです。
一方、サマリウムコバルト磁石（SmCo）の構成は。
これらの磁石はどちらも「希土類元素と遷移金属の組み合わせ」という特徴を持っています。サマリウムは遷移金属のコバルトと合金を形成し、ネオジムは遷移金属の鉄と合金を形成します。一般に思われがちですが、これらは希土類元素を基とした合金ではなく、鉄やコバルトを基とした合金に希土類元素が添加された構造となっています。
ネオジム磁石は1982年に住友特殊金属（現、日立金属）の佐川眞人氏によって発明され、現在では最も強力な永久磁石として様々な産業分野で利用されています。一方、サマリウムコバルト磁石は1966年にStrnatらによって発明され、高い耐熱性を特長としています。
希土類磁石の製造工程は複雑かつ精密な過程を必要とします。以下にその主要な製造ステップを解説します。
製造する合金組成に合わせて、レアアース金属（ネオジムまたはサマリウム）、鉄、コバルト、その他添加元素を正確に秤量します。
秤量した原料を坩堝（るつぼ）に入れ、真空溶解炉にセットします。希土類元素は非常に活性が高く酸化しやすいため、真空中またはアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で溶解作業を行います。
高温で均質に合金化した溶湯を鋳型に流し込み、インゴット（合金の塊）を作製します。
インゴットを何段階かの工程を経て粉砕し、最終的には平均粒径が数ミクロン程度の微粉に仕上げます。この過程も窒素やアルゴンの雰囲気で酸化を防止しながら行われます。具体的な粒径は、ネオジム磁石では5μm以下、サマリウムコバルト磁石では20μm以下が目安です。
磁石粉末を磁場をかけた金型の中でプレス成型します。これにより微粉の結晶方位が外部磁場の方向に揃い、配向方向の磁気特性が向上します。プレス方法には直角磁場プレスと平行磁場プレスがあり、形状や要求特性に応じて選択されます。
プレス成型した圧粉体を真空焼結炉内で焼結します。焼結温度はネオジム磁石で1,000～1,100℃、サマリウムコバルト磁石で1,100～1,250℃です。この過程で圧粉体はほぼ真密度まで焼き固まり、体積は約半分に収縮します。
焼結後、磁石合金の金属組織を最適化するための熱処理（時効処理）を行います。処理温度はネオジム磁石で約600℃、サマリウムコバルト磁石で約800℃です。
要求される寸法形状に合わせて、研削や切断などの加工を施します。
ネオジム磁石は鉄が主成分のため錆びやすく、通常はニッケルめっきなどの表面処理を施します。一方、サマリウムコバルト磁石は耐食性が良いため、一般的には表面処理を必要としません。
最終工程として、コイルによって発生した磁場の中に磁石をセットして着磁し、磁気特性や寸法などの検査を行います。
この製造工程は、高度な技術と厳密な品質管理を必要とするため、専門の設備と技術者によって行われています。
希土類磁石、特にネオジム磁石は、その硬さと脆さから通常の金属加工とは異なる特殊な加工技術を必要とします。
加工の基本アプローチ。
ネオジム磁石は硬くて脆いため、一般的な切削加工では対応できません。そのため、研削加工が主な加工方法となります。しかし、通常の研削砥石（GC砥石やWA砥石）でも対応できないため、ダイヤモンド砥粒配列砥石を使用する必要があります。
湿式加工の必要性。
乾式加工ではなく、湿式での加工が必須です。これは加工時の発熱を抑制し、磁気特性への悪影響を防ぐためです。また、ネオジム磁石の加工で発生する粉塵は高い活性を持ち、発火の危険性があるため、湿式加工によってこのリスクを低減します。
加工精度の挑戦。
希土類磁石の加工では、±0.03mmといった厳しい寸法公差が要求されることもあります。このような高精度加工を実現するためには、専用に設計・カスタマイズされた研削機が必要となります。
角物加工。
産業用モーターなどに使用される角物形状の磁石を加工する場合、通常は平面研削盤を使用して精密な直角面を形成します。支給材の状態によっては、まず平面を出す作業から始める必要があります。
円筒形状加工。
自動車モーターなどに使用される円筒形状の磁石は、円筒研削盤や内周研削盤を用いて加工されます。これらの機械も通常の金属加工用とは異なる仕様が求められます。
防錆対策。
ネオジム磁石は60%が鉄でできているため、さびやすいという性質があります。そのため、加工中の工程間や加工後には、完全に乾燥させて湿度の低い部屋で保管するか、防錆液に浸す必要があります。
品質検査。
加工後の磁石は、デジタルマイクロスコープなどの高精度計測機器を用いて、寸法精度だけでなく表面品質も含めた厳密な検査が行われます。これにより、最終製品に組み込まれた際の性能を保証します。
高精度な希土類磁石の加工には、専門的な設備と技術、そして経験豊富な技術者が不可欠です。特に精密な用途向けの磁石加工では、一般的な金属加工とは異なるアプローチと知識が必要となります。
希土類磁石や希土類金属の加工には、その特性から生じる特有の危険性があり、適切な安全対策が不可欠です。
発火・爆発リスクへの対応。
希土類金属や合金の粉末は、非常に活性が高く、空気中の酸素と反応して自然発火することがあります。粉砕や切削時に発生する粉末は特に危険です。以下の対策が必要です。
掃除方法の注意点。
溶解作業時の安全対策。
磁力による危険性への対応。
希土類磁石、特にネオジム磁石は非常に強力な磁力を持つため、以下の点に注意が必要です。
化学物質としての対策。
希土類元素自体も化学物質としての危険性があります。
希土類金属や磁石の加工においては、通常の金属加工とは異なる特有のリスクがあることを常に認識し、適切な安全対策を講じることが重要です。作業者への教育訓練も安全確保の重要な要素となります。
希土類磁石、特にネオジム磁石の最大の弱点の一つは耐熱性の低さです。通常のネオジム磁石は約80℃程度の耐熱温度しかなく、これを超える環境では磁力が低下します。この課題に対する技術革新と今後の展望について考察します。
耐熱性ネオジム磁石の開発。
耐熱性を向上させるため、ネオジム磁石にジスプロシウム（Dy）やテルビウム（Tb）などの重希土類元素（重レアアース）を添加する技術が確立されています。これにより保磁力が向上し、最大400℃程度まで使用可能になります。しかし、この技術には以下の課題があります。
新たな技術開発の方向性。
これらの課題を解決するため、以下のような技術開発が進んでいます。
資源循環と環境配慮。
希土類磁石のリサイクル技術も重要な研究分野です。
次世代磁石材料の展望。
ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石を超える新しい磁石材料の研究も進んでいます。
産業応用の拡大。
希土類磁石の加工技術の進化により、以下のような新しい応用分野が広がりつつあります。
希土類磁石とその加工技術は、今後も技術革新が続き、より持続可能で高性能な方向へと進化していくでしょう。特に資源の有効利用と環境への配慮が重視される中、加工技術においても省資源・省エネルギーなプロセスの開発が求められています。日本は希土類磁石の開発・製造において世界をリードしてきた歴史があり、今後も技術革新の中心的役割を担うことが期待されています。