JP2004297850A

JP2004297850A - 永久磁石の結合構造

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Publication number: JP2004297850A
Application number: JP2003083148A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kobayashi; 博小林
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】コーティング膜が形成された磁石とヨークとを圧入によって一体化する場合、コーティング膜の剥がれを防止する。また、ヨークとコーティング膜が形成された永久磁石とを抜け難くする。
【解決手段】コーティング膜５ａが形成された磁石５と、磁気回路を構成するヨーク４とを一体化する構造おいて、弾性体から成り膜厚偏差を有するコーティング膜５ａが形成された磁石５に対して、膜厚偏差以下の潤滑油１１がヨーク表面に設けられたヨーク４を圧入して一体で結合した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本技術は、永久磁石の結合構造に関するものであり、特に、弾性体からなるコーティング膜により被覆された永久磁石と、磁気回路を構成するヨーク部材とを、圧入により一体化して結合する永久磁石の結合構造に係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来、永久磁石にはネオジウム・鉄・ホウ素から成る磁石が広く知られている。このネオジウム・鉄・ホウ素から成る磁石は、エネルギー積が最大の磁石として知られている。しかしながら、この磁石は錆び易く、磁石の酸化に伴う劣化を防止するため、磁石の表面に表面処理が施されコーティング膜が設けられる（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この様な永久磁石はモータ等に使用されており、モータに使用される永久磁石はヨークの機能を有するハウジング（ヨーク部材）内に収められ、永久磁石はコイルが巻回されたロータに対向配置して設けられる。そこで、ロータのコイルに対して通電を行うと、ハウジング内に取り付けられた永久磁石とロータ間で磁気回路が形成され、ロータには電磁力が作用し、ロータが回転を行う。
【０００４】
一般的に、モータに使用される永久磁石は、磁気回路を構成するヨーク部材に対して接着剤等により固定する方法が知られている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２８５８８１号公報（第１頁、図１０）
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−７８３７７号公報（第１頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した如く、永久磁石をヨーク部材に接着剤により固定する場合、磁石と、磁石が取り付けられるヨーク部品との間に接着剤を塗布して、固定する。しかし、この様な方法では、永久磁石への接着層の塗布と、接着剤の塗布後に接着層を乾燥させるという工程が必要となってしまう。それ故に、接着剤により永久磁石をヨーク部材に対して結合する方法では、組付時間が増大すると共に、塗布や乾燥設備等およびこれらの設備の管理と接着材料の管理が必要となり、部品のコストアップにつながってしまう。
【０００８】
そこで、安価な結合方法として圧入による方法が考えられるが、単にコーティング膜が表面に設けられた永久磁石に対して、圧入による結合する方法を行うと、次のような問題が生じ得る。つまり、永久磁石を別の部品（例えば、ヨーク部材）へ組み付けて永久磁石との一体化を行う場合に圧入等による嵌め合いを行うと、永久磁石の表面に設けられたコーティング膜が傷つけられたり、コーティング膜が剥がれることが起こり得る。これが原因で、コーティング膜が傷つけられた部位や剥がれた部位から磁石の腐食が発生する。このため、コーティング膜が表面に被覆されている永久磁石を圧入等によって締まり嵌めを行う場合には、永久磁石を嵌めるヨーク部材との間で、何らかの対策が必要となる。
【０００９】
例えば、コーティング膜が表面に設けられたリング状の環状永久磁石（単に、環状磁石と称す）にヨーク部材を単に圧入すると、圧入面の滑り摩擦抵抗の影響によって、コーティング膜がねじ切られて剥がれるという現象が起こり得る。このコーティング膜がねじ切られて剥がれる現象は、コーティング膜とヨーク部材との間の滑り摩擦状態によっては圧入面における滑り摩擦係数が過大であると、ヨーク部材を圧入する際にヨーク部材がコーティング膜を引きずって圧入されるものとなり、その結果、コーティング膜が剥がれてしまう。
【００１０】
上記した問題を改良する為には、コーティング膜とヨーク部材との滑り摩擦係数を低減させれば良い。しかし、単にコーティング膜とヨーク部材との滑り摩擦係数を低減させる為に、環状磁石とヨーク部材との圧入面に対して滑りやすい被膜を形成して圧入を行う場合には、新たな問題が発生する。
【００１１】
この様に、永久磁石とヨーク部材との圧入面に潤滑油等の滑りやすい被膜を設ければ、その被膜によってヨーク部材を環状磁石に対して圧入する場合には、コーティング膜を引きずらずにヨーク部材が環状磁石の中に挿入することはできる。これは、ヨーク部材の圧入時に要する圧入荷重が潤滑油によって小さくなるが、それ同時にヨーク部材の抜け荷重も小さくなり、環状磁石に対してヨーク部材が抜け易くなってしまう。その結果、環状磁石とヨーク部材とを圧入する場合や、環状磁石もしくはヨーク部材のどちらか一方に外力が作用した場合には、潤滑油による被膜によって、環状磁石に対してヨーク部材が簡単に脱落することが起こり得る。
【００１２】
そこで、本発明はこの様な問題に鑑みて成されたものであり、コーティング膜が形成された永久磁石とヨーク部材を圧入によって一体化する場合、コーティング膜の剥がれを防止すると共に、ヨーク部材とコーティング膜が形成された永久磁石とが抜け難くすることを技術的課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記した技術的課題を解決するために講じた技術的手段は、コーティング膜が形成された永久磁石と、磁気回路を構成するヨーク部材とを一体化した永久磁石の結合構造おいて、前記コーティング膜は弾性体から成り、膜厚偏差を有する圧入面を有し、前記膜厚偏差以下の潤滑油が表面に設けられた前記ヨーク部材が前記圧入面に圧入され結合されている構造としたことである。
【００１４】
上記した手段によれば、コーティング膜は弾性体から成り、膜厚偏差を有する圧入面を有し、膜厚偏差以下の潤滑油が表面に設けられたヨーク部材が圧入面に圧入され結合される構造としたので、圧入の際には弾性体のコーティング膜が変形しながら、永久磁石に対してヨーク部材が圧入される。この場合、コーティング膜は膜厚偏差によって圧入面が凹凸状となり、この凹凸状の凹部に潤滑油が入ることによって、圧入面では滑り摩擦係数が潤滑油を設けない場合に比べて低減されるので、滑り易くなる。それ故に、圧入時にコーティング膜を引きずっての圧入が防止され、コーティング膜を引き剥がすことなく、ヨーク部材と永久磁石を圧入により結合させることが可能になる。また、圧入面に設けられる潤滑油は膜厚偏差以下としたので、圧入時に圧入面の凹凸状となった凸部によって凹部に潤滑油が入り込む。この為、凸部には潤滑油による被膜が必要以上に形成されず、ヨーク部材とコーティング膜が形成された永久磁石とが抜け難くなる。
【００１５】
この場合、潤滑油は膜厚偏差により形成される圧入面の凹部に流れ込めば、圧入面の凸部には潤滑油による被膜が形成されない若しくは極めて薄くなり、ヨーク部材とコーティング膜が形成された永久磁石とがより抜け難くなる。
【００１６】
また、潤滑油は非亜鉛系油圧作動油とすれば、圧入時にスラッジの発生が少なくなり、圧入面にスラッジが異物として残ることが防止される。この場合、潤滑油は水素化改質処理したパラフィン系オイルをベースとした、非亜鉛系のものが望ましい。
【００１７】
更に、潤滑油は粘度が０．０５Ｐａｓ以下であり、潤滑油の膜厚は膜厚偏差の１／１０程であれば、圧入面に粘度が０．０５Ｐａｓ以下となったさらさらの潤滑油が圧入時に弾性変形する膜厚偏差の１／１０程の凹部に適度な量だけ入り込み易くなる。従って、圧入後の圧入面には極めて薄い被膜が形成され、抜け荷重を増大させることが可能である。つまり、潤滑油の粘度を調整し、潤滑油の被膜の厚みが、コーティング膜の膜厚偏差の一定割合以下にすることにより、圧入後にコーティング膜とヨーク部材との間で両者の結合を確実に保持するための圧入荷重を発生させることが可能となり、永久磁石が外力等によりヨーク部材から脱落することが防止される。
【００１８】
更にその上、コーティング膜はフッ素ゴムであれば、酸に対して強くなり、耐熱性も強くなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明おける一実施形態について、図面を参照して説明する。以下に示す実施形態の説明では永久磁石（単に、磁石と称す）５をモータ１に適用した一例について説明を行うが、これに限定されるものではなく、本発明は、磁石５とは異なる熱膨張率を有する材質から成る部材に、磁石５を取り付ける場合にも適用が可能である。
【００２０】
図１は、モータ１の断面図である。図１に示すモータ１は、ハウジング８と、ハウジング８に対して回転自在となって、モータ１の出力となる回転力が出力されるシャフト２と、シャフト２とハウジング８との間に配設され、ハウジングに対してシャフト２を回転自在に軸支するベアリング３と、シャフト２が中央に圧入されてシャフト２と一体回転するヨーク部材（単に、ヨークと称す）４と、ヨーク４の外周面に嵌め合いによる圧入によって取り付けられ、Ｎ極とＳ極が周方向において交互に着磁された永久磁石（単に、磁石と称す）５と、ハウジング内に配設され巻線６が巻回される複数の巻回部７ａを周方向に複数備えたコア７とを備える。
【００２１】
このモータ１は、図示しないコネクタを介して、巻線６に電流を流すことによって、巻線６と巻線６と対向する磁石５との間で、電磁力による電磁的な吸引／反発が生じ、巻線６が支持されたハウジング８に対してシャフト２が回転する。
【００２２】
ヨーク４は、磁性体材（例えば、磁性体ステンレス、Ｆｅ等）から成り、中央にシャフト２が挿入される開口部４ａを有したリング状を呈する。ヨーク４は、ハウジング８に固定された円柱状のコア７に巻かれた巻線６に通電が成されると、ヨーク４に磁路が形成される。このヨーク４とシャフト２との結合は、ヨーク４の開口部４ａに対してシャフト２の外周面が圧入された締まり嵌めの関係にあり、ヨーク４とシャフト２とは一体回転する。
【００２３】
磁石５は、希土類鉄系磁石（例えば、ネオジ磁石と称される、ネオジウム−鉄−ボロンから成る磁石）を用いており、環状の磁石５の内周面とヨーク４の外周面とは圧入による締まり嵌めの関係により、磁石５はヨーク４に対して回転不能に固定されている。この磁石５の周囲には、図２に示す如く、所定の膜厚偏差を有するコーティング膜５ａが形成され、磁石５の表面を保護している。
【００２４】
コア７は、ハウジング８の一方の内壁に底面７ｂが固定され、円筒状を呈する。底面７ｂからは、複数の巻線部７ａがシャフト２と平行に立設した状態で軸方向に突出しており、巻線部７ａの周囲に巻線６が巻回されている。
【００２５】
有底円筒状のハウジング８の中心には、中央が開口したボス部８ａが形成され、ボス部８ａにはベアリング３の外輪が圧入により嵌っている。一方、ベアリング３の内輪にはシャフト２が圧入されており、ハウジング８に対してシャフト２がベアリング３によって、回転自在に支持されている。
【００２６】
この様な構成のモータ１における磁石５について、図２を参照して詳細に説明する。
【００２７】
本実施形態における磁石５は、表面（例えば、外周面、内周面および軸方向端面）からの磁石５の腐食を防止すると共に、ヨーク４が圧入される場合に、磁石５を傷つけない様に圧入するため、表面に弾性力を有したコーティング膜５ａが設けられている。
【００２８】
コーティング膜５ａは、例えば、磁石５を備えたモータ１を車両においてウォーターポンプのモータとして磁石５をラジエータ内で使用する場合等には、モータ１に耐酸性と耐熱性が必要となる場合には、コーティング膜５ａは酸性およびおよびアルカリ性液にも腐食されないゴム材料（例えば、フッ素ゴム等）を用いることが望ましい。
【００２９】
次に、磁石５に対して圧入されるヨーク４について説明する。本実施形態では、磁石５に対してコーティング膜５ａを形成するが、一方のヨーク４の外周４ｂに対して所定量の潤滑油１１が塗布されて設けられている方法を採用する。潤滑油１１は、コーティング膜５ａが表面に形成された磁石５に、ヨーク４を圧入する際に発生する摩擦力を低減させるために設けられるものである。潤滑油１１はヨーク４の外周に設けられ、ヨーク４の外周と磁石５の内周とで形成される圧入面９に介在するものとなる。この潤滑油１１は以下の方法によって、圧入面９に塗布される。
【００３０】
磁石５にヨーク４を圧入する場合、磁石５の中心とヨーク４との中心がずれた状態でヨーク４を磁石５に圧入すると、コーティング膜５ａの表面に傷をつけてしまったり、磁石５を破壊させてしまうことが起こり得る。このため、磁石５とヨーク４とが同軸になる同軸孔を有した専用治具を用いて圧入を図ることが望ましい。この場合、専用治具を磁石５に対して上方から被せた状態で、同軸孔の一方からヨーク４を磁石５の圧入面９に対して挿入する方法を取ると良い。
【００３１】
この場合、ヨーク４をコーティング膜５ａが設けられた磁石５に圧入する方法について、図３を参照して説明する。潤滑油１１の粘度を適正粘度に調節する（Ｓ１）。次に、この調節された粘度の潤滑油１１を所定の容器内に入れる（Ｓ２）。この後、潤滑油１１が入った容器にヨーク４を浸漬させる（Ｓ３）。ヨーク４を浸漬させた後、ヨーク４を容器から引き上げる（Ｓ４）。
【００３２】
一方、ヨーク４を磁石５に対して圧入する際、ヨーク４と磁石５の同軸度を出すために上記した専用治具を用意する（Ｓ５）。次に、磁石５に対して専用治具を上方から被せ、磁石５を専用治具に固定する（Ｓ６）。この後、潤滑油１１が外周４ｂに塗布されたヨーク４を専用治具の同軸孔から挿入してゆき、ヨーク４を磁石５の内径に圧入する（Ｓ７）。この様にして、潤滑油１１が外周４ｂに塗布されたヨーク４を環状の磁石５の内径に圧入する方法を採用した。
【００３３】
次に、圧入面９における潤滑油１１の作用について説明する。潤滑油の作用を説明する前に、磁石５に設けられるコーティング膜５ａの膜厚の設定および膜厚偏差について、補足して説明する。
【００３４】
上記した方法により、ヨーク４の外周４ｂに塗布された潤滑油１１は、潤滑油１１の有する粘度に応じた被膜を形成する。一方で、磁石５に設けられたコーティング膜５ａは弾性力を有し、ヨーク４の圧入によってコーティング膜５ａが弾性変形される。これによって、磁石５のコーティング膜５ａとヨーク４との間で互いに力（ここでは、緊迫力と称す）が発生し、その結果、磁石５がヨーク４と一体になって保持されるものとなる。この場合、環状の磁石５の内径に設けられた開口部４ａに円柱状のヨーク４を圧入する際、コーティング膜５ａの内径寸法（内寸）はヨーク４の外径寸法（外寸）よりも小さく設定されており、しかも、コーティング膜５ａの潰し代がコーティング膜側に形成されている。この様なヨーク４とコーティング膜５ａの嵌めあい状態のもとで、ヨーク４を磁石５に対して圧入する前に、潤滑油１１がヨーク４の外周４ｂに塗布される。
【００３５】
次に、ヨーク４の圧入を行う場合の磁石の寸法精度について簡単に説明する。磁石５は磁石５の製造方法に応じて、寸法精度が確保される。例えば、ネオジウムから成る磁石５を焼結にて作る場合、焼結によるネオジウム磁石のリング形状の内径は、焼結品では±５０μｍの寸法公差となる。このため、磁石５の内径の寸法精度を高めるためには、焼結後に後加工をしない方がコスト的に有利となる為、本実施形態では焼結状態での磁石５を使用するものとする。これに対して、ヨーク４は機械加工によって作られ、寸法精度は焼結より成る磁石５の寸法精度に比べて、１桁程高くなっている。
【００３６】
更に次に、コーティング膜５ａの膜厚精度について説明する。コーティング膜５ａの外径寸法の精度も製造方法に準拠した膜厚精度を有するものとなる。例えば、スプレー塗装やディッピング塗装によって、環状の磁石５の表面全面にコーティング膜５ａを形成する場合には、塗装回数に応じた膜厚精度を有するものとなる。この場合、磁石５に対する塗装回数が少ない程、塗装に要するコストが安価となるが、塗装回数が少ない程、一回の塗装によって形成する所望の膜厚を確保する必要があり、比較的粘度の高い塗料を使用しなければならなくなる。これによって、一回の塗装により所望の膜厚を有するコーティング膜５ａを形成する方法では、膜厚精度は良くないものとなってしまう。この場合、磁石５を空中に浮かした状態で塗装することは現実的に難しいことから、薄い塗装を塗り重ねて所望の膜厚精度を確保する必要がある。
【００３７】
この様なことから、本実施形態においては、複数回（例えば、４回）のスプレー塗装により、所望な膜厚（例えば、約４００μｍ）から成るコーティング膜５ａを形成する条件に基づき、膜厚精度について説明する。ここでは、環状の磁石５の内径：２７．２ｍｍのものを使用し、コーティング膜５ａの圧入代が、２６０〜３３０μｍの偏差で、ヨーク４が磁石５に対して圧入を行うものとする。
【００３８】
膜厚形成に当たっては、一回目の塗装と二回目の塗装は相対的に粘度が高い塗料でコーティング膜５ａを塗装により設けた後、三回目の塗装と四回目の塗装では相対的に粘度が低い塗料で塗装する方法を採用した。本実施例では、一回目の塗装と二回目の塗装は、０．１５Ｐａｓの粘度の塗料で塗装を施すと、３５０μｍ±１００μｍの塗膜を有するコーティング膜５ａが形成される。また、三回目と四回目の塗装では、０．１Ｐａｓの粘度の塗料でさらに１０μｍの膜厚の塗膜を上塗りして形成した。これによって、コーティング膜５ａの膜厚偏差は、１００μｍを若干越える膜厚偏差になる。この場合、三回目および四回目の塗装は、二回面の塗装でできたコーティング膜５ａのピンホール等の欠陥を修復するため、上塗りの方を下塗りに比べて粘度の低い塗料で塗装する様にしている。こうして、スプレー塗装やディッピング塗装では、毎回の塗装に伴う膜厚精度が累積されて、塗膜の膜厚精度が決まる。
【００３９】
コーティング膜５ａの形成にスプレー塗装あるいはディッピング塗装による形成方法においては、次の様な問題が生じる。即ち、スプレー塗装あるいはディッピング塗装を行うと、磁石表面に設けられた塗装後の未乾燥状態の塗料が、重力を受けて自重により垂れ下がってくることが起こり得る。その自重により垂れ下がった塗料はその後固化するので、環状の磁石５にコーティング膜５ａを形成する場合には、端部に比べて中央部の膜厚が薄い、つつみ状の膜が形成される。この場合、同一試料における塗膜の膜厚精度の内、未乾燥状態の塗膜の重力によって形成される膜厚精度が膜厚精度全体の約９割を占め、塗装むらによる膜厚精度が、膜厚精度全体の１割程度を占めることが実験等により判明した。この為、磁石５に設けられる圧入面９のコーティング膜５ａは、軸方向の同一径の部位において、全体の膜厚精度の１割程の膜厚偏差を有するものとなる。このような理由から、ヨーク４を圧入する際に最初にコーティング膜５ａと当接するコーティング膜の上端面においては、１０μｍ前後の膜厚偏差を持つものとなる。尚、本実施例では１０μｍの膜厚偏差に対して、コーティング膜５ａの圧入代を２６０〜３３０μｍの範囲に設定している。
【００４０】
以上、説明した様に、ヨーク４の圧入によって磁石５と結合させて保持するためには、磁石５の内寸公差に伴って、所望の膜厚のコーティング膜５ａを形成する必要がある。所望な膜厚のコーティング膜５ａを形成する為には、塗料の塗布の回数に応じた塗膜の膜厚偏差が生まれる。一方、ヨーク４の外周４ｂに潤滑油１１を塗布したものを、環状の磁石５に圧入する際には、ヨーク４に形成される潤滑油１１の被膜の厚みとコーティング膜５ａの膜厚偏差との関係を利用する。これによって、両者の圧入面９における滑り摩擦係数を下げると共に、ヨーク４とコーティング膜５ａとの圧入面９において、ヨーク４が磁石５から抜けにくくすることが可能である。即ち、ヨーク４とコーティング膜５ａとの圧入面９において圧入荷重を発生させることによって、抜け荷重を増大させて抜け防止を図ることが可能となり、これと同時に、弾性力を有するコーティング膜５ａを圧入により弾性変形させて、磁石５とヨーク４との結合を確実に保持することが可能となる。
【００４１】
この場合、ヨーク４に対して与えられる潤滑油１１の量によっては、次の様な問題が生じる。即ち、潤滑油１１が必要量以上に塗布されたヨーク４は、表面に潤滑油１１の粘度に応じた塗膜が形成される。この場合、磁石５に対して圧入されるヨーク４の外径が、磁石５に設けられたコーティング膜５ａの内径よりも大きい場合には、ヨーク４の表面に塗付された潤滑油１１はコーティング膜５ａに対して十分な緊迫力が無くなる為に、ヨーク４は磁石５から容易に離脱する。
【００４２】
ヨーク４を磁石５に圧入する事により、コーティング膜５ａを弾性変形させて、環状の磁石５を保持させるための緊迫力を圧入面９に発生させる為に、圧入するヨーク４の外径がコーティング膜５ａの内径より大きくないと、コーティング膜５ａの潰し代が十分に発生しなくなり、圧入後、コーティング膜５ａの弾性変形によって磁石５を確実に保持することができなくなってしまう。
【００４３】
以上、述べた様に、圧入面９に潤滑油１１を塗布して潤滑油１１の塗膜を形成させるヨーク４の外寸とコーティング膜５ａの内寸の関係と、コーティング膜５ａを圧入により弾性変形させて磁石５を確実に保持させるヨーク４の外寸とコーティング膜５ａの内寸との関係とは、相反する関係にある。しかしながら、潤滑油１１は、ヨーク４の圧入時にヨーク４に塗膜として形成された状態で、ヨーク４と共に一体となって圧入されなければ、圧入面９における滑り摩擦係数を低減させることはできない。一方、潤滑油１１の塗膜が形成されたヨーク４が磁石５に圧入されることによって、圧入面９でのコーティング膜５ａを弾性変形させて磁石５を保持する緊迫力をコーティング膜５ａに発生させることが必要となる。この相反する性質を実現させなければ、ヨーク４の圧入時にコーティング膜５ａが従来の如く破断してしまうか、或いは、潤滑油１１をヨーク４に塗布したとしても、ヨーク４を磁石５に対して結合させて保持させる抜け荷重を発生させることができなくなってしまう。
【００４４】
そこで、本発明はこの様な問題を解決する為にヨーク４に設けられる最適な潤滑油の量をコーティング膜５ａの膜厚から決定した。そして、上記したスプレー塗装やディッピング塗装によって形成されるコーティング膜５ａの膜厚精度の悪さを利用して、ヨーク４への潤滑油１１の塗布によって圧入面９における滑り摩擦係数を低減させると共に、ヨーク４の圧入によってコーティング膜５ａを弾性変形させて、ヨーク４と磁石５との結合が強固となることを、実験により見出した。
【００４５】
即ち、コーティング膜５ａは未乾燥状態においては、塗布された塗料の自重によって下方へと垂れ下がる。この場合、コーティング膜５ａは、磁石５の表面になるべく同一の膜厚と成るように形成させる為、磁石５の状態を１８０度上下をひっくり返して、上下を反対にすると良い。例えば、磁石５の上下を反対にして、同一の粘度の塗料で各一回ずつ塗布する方法を取る。この様にして、磁石の上下を反対にするとコーティング膜５ａは、上下の膜厚に比べて中央の膜厚が薄くなる膜厚偏差を有する。このような膜厚偏差を有するコーティング膜５ａに、ヨーク４を圧入させる。
【００４６】
上記した様に、上下の膜厚に比べて中央の膜厚が薄くなった磁石５に対してヨーク４を圧入する場合には、弾性変形により磁石５を保持するコーティング膜５ａの緊迫力を膜厚が相対的に厚い上下端で確保し、圧入が始まる上下面では圧入による弾性変形量を大きくすれば、圧入時に潤滑油がヨークの表面からはぎ落とされる易くなる。
【００４７】
コーティング膜５ａは塗膜の形成方法に依存して膜厚偏差を有している。コーティング膜５ａを上記した方法により形成する場合には、コーティング膜５ａの同一高さの同一内周面において約１０μｍ程の膜厚偏差を有する。この同一内周部の膜厚偏差の大きさと、ヨーク４に塗布された潤滑油１１の塗膜の厚みとの大小関係によって、ヨーク４を圧入する際に以下に示す現象が起こり得る。
【００４８】
最初に、コーティング膜５ａの膜厚の１０μｍ程から成る膜厚偏差の大きさに比べ、潤滑油１１の塗膜の厚みが１０μｍに近い場合あるいは塗膜の厚みがその厚みよりも厚い場合で、潤滑油１１の粘度が相対的に高い粘度を有する潤滑油１１をヨーク４に対して塗布した場合について、圧入時および圧入後の潤滑油１１の挙動について、図４を参照して説明する。ヨーク４の先端は、磁石５に設けられたコーティング膜５ａを傷つけないように、Ｃ型面取りが成されたテーパ部４ｃを有する。ヨーク４の磁石５への圧入が開始されると、テーパ部４ｃがコーティング膜５ａの端部と最初に接触する。そして、ヨーク４はコーティング膜５ａを弾性変形させて圧入されてゆく。この場合、ヨーク４の表面に設けられた潤滑油１１の塗膜の一部はコーティング膜５ａとの接触によってヨーク４から剥ぎ落とされ、残りの潤滑油１１の塗膜は圧入面９においてコーティング膜５ａの膜厚偏差（偏差：ｄ）によって形成される凹部状となった空間１２がある為、この空間１２に潤滑油１１が充填される。この空間１２は、ヨーク表面から剥ぎ落とされずに空間１２を充填する潤滑油１１、ヨークからコーティング膜に転移した潤滑油１１とで充填される。ヨーク４はコーティング膜５ａを弾性変形させながら、ヨーク４の圧入に従い、コーティング膜５ａの膜厚偏差は、コーティング膜の弾性変形によって縮小されるので圧入後には圧入前に比べて小さな値となり、潤滑油によって圧入面９での滑り摩擦係数を低減することはできる。しかしながら、コーティング膜５ａの膜厚偏差の大きさに比べ、潤滑油１１の塗膜の厚みが必要以上に厚い場合には、ヨーク４がコーティング膜５ａを有する磁石５に対して完全に圧入された時点では、圧入前の１０μｍ程の膜厚偏差は圧入後には１０分の１以下となり、圧入後におけるコーティング膜５ａの膜厚偏差の領域には潤滑油１１が充填されるが、ヨーク表面から剥ぎ落とされずに空間１２を潤滑油１１により充填される以外に、ヨーク表面にはヨーク４からコーティング膜５ａに転移した潤滑油１１も存在するものとなる。この為、ヨーク４もしくは磁石５のどちらか一方に外力を受けた場合には、ヨーク４が磁石５に対して容易に脱落し易くなってしまう。
【００４９】
次に、コーティング膜５ａの膜厚偏差の大きさに比べて、潤滑油１１の塗膜の厚みが薄い場合、即ち、潤滑油１１の粘度が相対的に低い粘度を有する潤滑油１１をヨーク４に対して塗布した場合について、圧入時および圧入後の潤滑油１１の挙動について説明する。ここでは、コーティング膜厚の膜厚偏差１０μｍに対し、ヨーク４に塗布された潤滑油１１の塗膜の膜厚を１．２μｍとした場合について説明する。尚、この場合、潤滑油１１の粘度を０．０５Ｐａｓに希釈した潤滑油１１を用いた。ヨーク４の圧入が開始されると、ヨーク４はコーティング膜５ａを弾性変形させて圧入され、圧入に従って潤滑油１１の塗膜の一部はコーティング膜５ａとの接触によって、ヨーク４からはぎ落とされる。剥ぎ落とされなかった残りの潤滑油１１の塗膜は、塗膜自体の膜厚が薄い為、コーティング膜５ａの膜厚偏差によって形成される凹部状となった空間１２の全てではなく、空間１２の一部に充填される。圧入状態でヨーク４が磁石５に挿入され、ヨーク４はコーティング膜５ａを弾性変形させながら、コーティング膜５ａを有する磁石５の内径に圧入される。コーティング膜５ａの膜厚偏差は、上記と同様にコーティング膜５ａの弾性変形によって、膜厚偏差は縮小される。この場合、潤滑油１１は、ヨーク４とコーティング膜５ａとの圧入面９に充填された状態を保ちながらヨーク４の圧入が進行する為、潤滑油１１の移動により圧入時の滑り摩擦係数を下げることが可能である。圧入が完了し、ヨーク４がコーティング膜５ａの正規の圧入位置に配置された時点では、コーティング膜５ａの膜厚偏差は圧入前に比べて小さな値となり、圧入開始の初期に有していた１０μｍ程の膜厚偏差は１０分の１以下となる。更にこの場合、圧入後におけるコーティング膜５ａの膜厚偏差によって形成される空間１２は、圧入の初期段階における潤滑油１１の塗膜の厚みを膜厚偏差の１／１０程と薄くした。この為、潤滑油１１の塗膜はコーティング膜５ａの膜厚偏差によって形成される空間１２の全てではなく、空間１２の一部に充填されることになる。特に、潤滑油の塗膜は液体であるため、圧入後におけるコーティング膜５ａのヨーク側に突出した部分は極薄い塗膜として形成される。これによって潤滑油１１は分子膜状態に近い極めて薄い潤滑油１１の塗膜が形成されるものとなり、この状態で磁石５またはヨーク４のいずれか一方に外力を受けたとしても、潤滑油１１による塗膜の変形量はコーティング膜５ａの弾性変形量に比べて著しく小さい。このため、コーティング膜５ａの弾性変形による緊迫力を下げることが無くなりヨーク４と磁石５との結合が強固となるので、その結果、ヨーク４が磁石５から容易に脱落することはなくなる。
【００５０】
以上に説明したように、膜厚偏差を有するコーティング膜５ａが形成された磁石５にヨーク４を圧入する際には、膜厚偏差の１／１０以下の潤滑油１１を圧入面９に塗布することで、圧入面９における滑り摩擦係数を下げ、ヨーク４が磁石５に圧入される際、ヨーク４がコーティング膜５ａを引きずってコーティング膜５ａを傷つけたり、はぎ落とす事を防止することができる。この様な潤滑油１１は、コーティング膜５ａに対する接着力が無く、ヨーク４をコーティング膜５ａに対して滑らせる効果を有する液体であることが望ましい。
【００５１】
一方、液体の潤滑油１１をヨーク４に塗布する場合、潤滑油１１が有する粘度に応じた塗膜がヨーク表面に形成される。潤滑油１１は接着力が殆ど無く、固体に比べて応力に対する体積変化がし易い。このため、圧入後に圧入面９に形成される潤滑油１１の塗膜が必要以上に厚いと、外力を受けた場合に潤滑油１１の塗膜が変形し、圧入面９から容易にヨーク４または磁石５が脱落する。
【００５２】
ヨーク４が圧入される弾性力を有し、磁石５を劣化から防止するコーティング膜５ａは、形成方法に応じた膜厚精度を有する。この場合、膜厚精度はコーティングにより使用する塗料の粘度に応じて変わるが、ヨーク４の圧入によって弾性変形することで、膜厚精度が平均化される。
【００５３】
ヨーク４の磁石５への圧入によってコーティング膜５ａの表面の凹凸は変形して平均化される。この場合、塗布した潤滑油１１の塗膜の膜厚を薄くし、さらにこの平均化された塗膜の膜厚偏差を利用すると、コーティング膜５ａの凸部に分子レベルの極めて薄い潤滑油１１の被膜が形成される。この極めて薄い被膜によって、磁石５またはヨーク４のいずれか一方に外力が作用した場合には、その外力によって生ずる潤滑油１１の被膜の変形は、コーティング膜５ａの弾性変形に比べて著しく小さくなり、コーティング膜５ａの弾性変形に基づく緊迫力を低下させることが無いので、外力を受けても磁石５またはヨークが脱落することが無くなる。
【００５４】
本実施形態において潤滑油１１は、パラフィン系オイルをベースにし、これに磨耗防止剤や酸化防止剤を混合した、非亜鉛系の油圧作動油を用いており、具体的には、商品名：ダフニースーパーハイドロＡ（製造：出光興産）を用いた。
【００５５】
次に、実施例について説明する。以下に示す実施例では、潤滑油１１の粘度を変え、潤滑油１１を昇温させ、潤滑油１１をヨーク表面に設けるために潤滑油１１の入った容器を２５℃、６０℃、７０℃に設定し、この温度の異なる容器の中にヨーク４を浸漬させて、ヨーク表面に粘度が異なる潤滑油１１を塗布し、潤滑油１１の塗膜を形成した実験を行い、それぞれについて潤滑油１１の塗膜の厚みを測定した。潤滑油１１の塗膜の厚みが異なるヨーク４を圧入し、磁石５に対してヨーク４を圧入する圧入時と、ヨーク４の磁石５からの外れ易さを検証する為に、磁石５からヨーク４を引き抜くときの荷重（引き抜き荷重と称す）を測定した。
【００５６】
（実施例）
以下に示す実施例では、環状の磁石５には、高さ：２４ｍｍ、内径：２７．２ｍｍ、外径：３１．８ｍｍのネオジ磁石を使用した。この磁石５にフッ素ゴムを材料とする塗料によって４００μｍ程の膜厚を有するコーティング膜５ａを形成した。一方、ヨーク４は内径：２６．８ｍｍとして、このヨーク４に粘度の異なる３パターンの潤滑油１１の塗膜を形成する実験を行った結果を以下に示す。
【００５７】
実施例１：（高粘度の潤滑油使用）
室温２５℃における潤滑油１１の入った容器にヨーク４を浸漬させ、ヨーク表面に７．５μｍ程の潤滑油１１の塗膜を形成させた。このとき、潤滑油１１の粘度は０．３１Ｐａｓであった。このような条件でヨーク４の表面に潤滑油１１の塗膜を形成したものを磁石５に圧入した。このときの圧入荷重と抜け荷重とを測定した。
【００５８】
実施例２：（中粘度の潤滑油を使用）
実施例２では、潤滑油１１の粘度を低下させるために、潤滑油１１を６０℃まで昇温させ、この温度での潤滑油１１が入った容器の中にヨーク４を浸漬させ、ヨーク４の表面に１．２μｍ程の潤滑油１１の塗膜を形成させた。このときの潤滑油１１の粘度は０．０５Ｐａｓ程である。この様な条件で、潤滑油１１の塗膜をヨーク４の表面に形成し、これを磁石５に圧入した。このときの圧入荷重と抜け荷重とを測定した。
【００５９】
実施例３：（低粘度の潤滑油を使用）
実施例３では、潤滑油１１の粘度をさらに低下させるために、潤滑油１１を７０℃まで昇温させ、この温度の潤滑油１１の入った容器の中にヨーク４を浸漬させ、ヨーク４の表面に０．７μｍ程の潤滑油１１の塗膜を形成させた。このときの潤滑油１１の粘度は０．０３Ｐａｓである。こうした条件で潤滑油の塗膜をヨーク４の表面に形成し、これを磁石５に圧入した。このときの圧入荷重と抜け荷重とを測定した。
【００６０】
（実験結果）
上記した実施例１〜３の実験において、ヨーク４を磁石５に対して圧入した場合の圧入荷重と抜け荷重を［表１］に示す。
【００６１】
【表１】

上記の実験の結果から、ヨーク４の表面に塗布した潤滑油１１の塗膜の膜厚に応じて、ヨーク４をコーティング膜５ａが形成された磁石５に圧入した際に発生する圧入荷重が大きく変わり、これに応じて抜け荷重も変わることが判明した。尚、上記したいずれの実施例については、圧入時にコーティング膜５ａが剥がれるという現象は発生せずに、潤滑油１１の塗布による圧入面９の滑り摩擦係数の低減の効果が得られた。
【００６２】
上記した実験における圧入荷重の結果についての考察を以下に説明する。ヨーク４の表面に潤滑油１１を塗布し、ヨーク４を磁石５に圧入することで、潤滑油１１の塗膜がヨーク４とコーティング膜５ａとの圧入面９に形成される。この潤滑油１１の塗膜は液体で、実施例１に示す様に、相対的に粘度が高い潤滑油でも粘度が０．３Ｐａｓ程の低粘度のさらさらした液体を使用した。この場合において、ヨーク４をコーティング膜５ａに圧入する際に、両者が接する面の全面が緊密に接触する場合には、低粘度の液体である潤滑油１１はヨーク４の表面から剥ぎ落とされ、潤滑油の効果は得られなくなる。一方、ヨーク４の圧入によって磁石５を保持させるためには、圧入後においてコーティング膜５ａは弾性変形によって緊迫力を発生させなければならない。よって、ヨーク４とコーティング膜５ａとの間に隙間がある場合は、その隙間によって両者の結合に絶え得るべく緊迫力は発生せず、ヨーク４は磁石５から簡単に脱落する。このように、ヨーク４とコーティング膜５ａとの圧入面９には相反する性質が要求される。そこで、本発明ではこの相反する性質を同時に成立させるコーティング膜５ａの膜厚偏差を利用した結合構造を見出した。
【００６３】
上記した実施形態におけるコーティング膜５ａは、同一内周面において、１０μｍ程の膜厚偏差を有するものを使用しており、ヨーク４をコーティング膜５ａが形成された磁石５に圧入する際、ヨーク表面に塗布された潤滑油１１の塗膜は一部が剥ぎ落とされる。ヨーク４の圧入によって弾性力を有するコーティング膜５ａは弾性変形する。弾性変形したコーティング膜５ａは圧入により圧入面９の凸部が潰されることによって、コーティング膜５ａの膜厚偏差は圧入前に比べて縮小される。コーティング膜５ａの凸部が潰されるときに、ヨーク表面に塗られた潤滑油１１の一部は、コーティング膜５ａの膜厚偏差により発生する空間１２の中に充填されるものとなる。この空間１２は、ヨーク４の圧入が進むことにより変形して縮小され、空間内に充填された潤滑油１１の一部はさらに圧入によりヨーク４から剥ぎ落とされる。この場合、コーティング膜５ａの膜厚偏差のうち、ヨーク側に突出した凸部は、ヨーク４の圧入によって、より大きく圧縮変形が成される為、コーティング膜５ａに吸着した潤滑油１１の塗膜は、極めて薄い潤滑油の被膜が形成されることになるが、この極めて薄い潤滑油１１の塗膜は、圧入面９の圧入荷重の発生を妨げることがない。
【００６４】
しかし、ヨーク表面に塗布した潤滑油１１の塗膜の厚みが必要以上（一定の膜厚）以上になると、多くの塗膜は圧入が開始される時点でヨーク４から剥ぎ落とされ、コーティング膜５ａの膜厚偏差によって形成される空間１２を潤滑油１１で充填されながらコーティング膜５ａが変形される。ヨーク４の圧入が終了した時点においても、コーティング膜５ａの厚偏差が平均化された空間内に潤滑油１１が充填される。一方、コーティング膜５ａの膜厚偏差のうち、ヨーク側に突出した凸部はヨーク４の圧入によって圧縮変形が成されるが、潤滑油１１の供給量が多い場合は、この部位に形成される潤滑油１１の被膜は、潤滑油の供給量が少ない場合に比べて、相対的に厚くなる。この潤滑油１１の被膜の厚さが薄ければ薄いほど、圧入面９におけるヨーク４の圧入荷重の発生を妨げないものとなるが、コーティング膜５ａの被膜の厚みが必要以上に厚くなると、圧入面９でヨーク４が磁石５に対して滑ってしまうため、圧入荷重の発生量が少なくなる。
【００６５】
以上の事から、ヨーク４をコーティング膜５ａが形成された磁石５に圧入する時に発生する圧入荷重は、コーティング膜５ａの膜厚偏差におけるヨーク側に突出した部位における潤滑油１１の被膜の厚みで決まることを見出した。この被膜が薄ければ薄い程、圧入面９での滑り摩擦力が小さくなる。これによって、コーティング膜５ａを弾性変形させながらヨーク４を圧入するときの抵抗力が圧入荷重となる。ヨーク表面に形成された潤滑油１１の厚みは、実施例１では７．５μｍ、実施例２では１．２μｍ、実施例３では０．７μｍとしたので、実施例２および実施例３におけるコーティング膜５ａの被膜の厚みは、実施例１に比べると著しく薄くなる。これによって、実施例２および実施例３の圧入荷重は、実施例１の圧入荷重に比べて著しく大きな値となり、これに応じて抜け荷重の値及び最大荷重の値に応じた値となった。
【００６６】
ヨーク４の表面に塗布する潤滑油１１の厚みの適性値は、抜け荷重の大きさで決定される。抜け荷重の大きさは、概略圧入時の圧入荷重の大きさにより決定される。従って、必要となる抜け荷重の値を得るためには、これに必要な圧入荷重、圧入条件を見出し、これによって適正な潤滑油の塗膜の厚み、すなわち塗布する潤滑油の適性粘度が求められる。
【００６７】
抜け荷重の適性値は、外力に対する磁石５とヨーク４との保持力から求められる。圧入後における外力として、例えば、上記した磁石５をモータ１に応用する場合、モータ１の駆動時に反力としての回転トルクを磁石５が受けるか、或いは、外部から振動加速度による外力を受ける。この様な上記した磁石５を車両のウォーターポンプに適用した場合は、モータ駆動時の反力としての回転トルクは０．９Ｎｍであり、３３Ｎに相当する力を磁石５は受ける。また、最大振動加速度は３０Ｇであり、このとき磁石は１１．８Ｎの重力を受けるという結果を得た。この場合には、塗布される潤滑油１１の塗膜は１．２μｍ以下にして、０．０５Ｐａｓ以下の粘度を有する潤滑油１１にヨーク４を浸漬させてやることが必要となる結果を得た。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、弾性力を有するコーティング膜に潤滑油を塗布したヨークを圧入する際、圧入面に潤滑油の被膜が形成されることによって、圧入面での滑り摩擦係数が下がるので、圧入されるヨークと一体になってコーティング膜が引き剥がされることを防止することができる。
【００６９】
この場合、圧入面に極めて薄い潤滑油の被膜（コーティング膜の膜厚偏差の１／１０以下）となる潤滑油の膜をヨークに設けてヨークを圧入することで、圧入面における潤滑油のすべりを小さくすることができる。これによって、ヨークとコーティング膜との間で圧入荷重の発生を増大させることができ、ヨークとコーティング膜が形成された磁石との抜け荷重を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における永久磁石をモータに適用した場合のモータ内部構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す磁石とコーティング膜との嵌め合い関係を示す模式図である。
【図３】図２に示すヨークに潤滑油を塗布し、磁石に対して圧入するまでの工程を示した工程図である。
【図４】潤滑油をヨークに塗布し、コーティング膜が形成された磁石に対して圧入する状態を示した説明図である。
【図５】コーティング膜とヨークとの結合を模式的に示した圧入面の拡大図である。
【符号の説明】
１モータ
４ヨーク部材（ヨーク）
５永久磁石（磁石）
５ａコーティング膜
９圧入面
１１潤滑油
１２空間（凹部）

Claims

コーティング膜が形成された永久磁石と、磁気回路を構成するヨーク部材とを一体化した永久磁石の結合構造おいて、
前記コーティング膜は弾性体から成り、膜厚偏差を有する圧入面を有し、前記膜厚偏差以下の潤滑油が表面に設けられた前記ヨーク部材が前記圧入面に圧入され結合されていることを特徴とする永久磁石の結合構造。
前記潤滑油は、膜厚偏差により形成される圧入面の凹部に流れ込んでいることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石の結合構造。
前記潤滑油は、非亜鉛系油圧作動油としたことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石の結合構造。
前記潤滑油は、粘度が０．０５Ｐａｓ以下であり、前記潤滑油の膜厚は前記膜厚偏差の１／１０程であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石の結合構造。
前記コーティング膜は、フッ素ゴムから成ることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石の結合構造。