JP2008236895A - 表面磁石型ロータおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】焼結磁石片とロータヨークの接着強度が安定して確保できる信頼性の高い表面磁石型ロータを提供する。
【解決手段】ロータコア１１ａを積層したロータヨーク１１と、塗料１３によって表面を防錆処理した希土類鉄系の焼結磁石片１２とを備え、焼結磁石片１２のロータヨーク１１との接着面に、マスキング塗装による凹部１３ａを設け、この凹部１３ａに接着剤１４を塗布してロータヨーク１１の外表面に接着固定した表面磁石型ロータ。
【選択図】図１
【解決手段】ロータコア１１ａを積層したロータヨーク１１と、塗料１３によって表面を防錆処理した希土類鉄系の焼結磁石片１２とを備え、焼結磁石片１２のロータヨーク１１との接着面に、マスキング塗装による凹部１３ａを設け、この凹部１３ａに接着剤１４を塗布してロータヨーク１１の外表面に接着固定した表面磁石型ロータ。
【選択図】図１
Description
本発明は、防錆処理を施した焼結磁石片を固着した表面磁石型ロータの、特に接着強度の安定化に関する。
磁石型同期モータには、永久磁石をロータ表面に設けた表面磁石型ロータと、永久磁石をロータ内に埋め込んだ磁石埋込型ロータを用いるものがある。磁石埋込型モータは、高速回転時の磁石飛散対策として有効であるが、磁束密度の低下をリラクタンストルクでカバーするため、コギングトルクが大きく制御性の面で課題があった。
一方、産業用途のサーボモータでは、小型高出力が求められ、高エネルギー積の希土類焼結磁石片が用いられるため、制御性と低振動の両面から表面磁石型モータが多用されている。ところが、表面磁石型ロータは、周囲温度の変化を繰り返し受けることによって接着強度が劣化し、回転による遠心力で焼結磁石片がロータヨークから剥離する可能性があった。
これに対して、円筒タイプの希土類鉄系焼結磁石を接着固定するロータにおいて、熱膨張係数の差で生ずる熱応力によって磁石が割れるのを防止するため、ヨーク外周部に希土類鉄系磁石の両端部付近に軸と同心の突起部を設け、ヨークと希土類鉄系磁石の隙間に接着剤を充填して固着する永久磁石界磁ロータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、優れた接着強度が長期間保持されることで耐冷熱サイクル性と耐湿性が確保された表面磁石型ロータを提供するため、磁性素材からなるロータコアの外側面に、永久磁石が複数個、接着剤により貼付固定され、ロータコアの少なくとも永久磁石との接着部分がＡｌ被膜、または、Ａｌ被膜とその表面に積層形成された化成処理被膜で被覆され、かつ、永久磁石の少なくともロータコアとの接着部分がＡｌ被膜、または、Ａｌ被膜とその表面に積層形成された化成処理被膜で被覆するものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、製造、組立が簡単で、かつ、回転に伴う遠心力と磁気吸引力の合力によりロータコアの表面から貼り付け形永久磁石の剥離、離脱の発生がない機械的強度を付与可能な構造の同期機のロータを提供するため、ロータコアの外周表面に形成した凹所に対し、その外周から落とし蓋式に各永久磁石片を下面側から設置し、かつ、各永久磁石片の側面と凹所の側壁との遊隙に接着剤の硬化による楔層を設け、各永久磁石片をロータコア面から剥離方向に作用するとき、その楔層により離脱阻止をする同期機のロータが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平０６−３８４１７号公報
特開２００３−２２４９４４号公報
特開平０５−１６１２８７号公報
解決しようとする問題点は、希土類鉄系の焼結磁石は、表面に防錆処理が必要であり、特に焼結磁石片（セグメントタイプ）の場合、この防錆処理が接着強度に大きく影響する点である。
例えば、特許文献１の技術は、均一な接着層を確保して熱応力が集中するのを緩和できるため外周が円筒状磁石には有効であるが、セグメントタイプにそのまま適用することはできない。また、特許文献２の技術は、ロータコアの接着面に焼結磁石の接着面と同じ処理が施されているか、ロット毎の検査が必要となり、管理が大変である。
さらに、特許文献３の技術は、楔層を設けるための位置決め用の側壁を大きくする必要があり、この側壁によって磁気漏れが発生する。また、側壁との遊隙に接着剤の硬化による楔層を設けるため、高温下で硬化させると接着剤が流れ出すため硬化温度を上げることができず、十分な接着強度が確保できない。
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、焼結磁石片とロータヨークの接着強度が安定して確保できる信頼性の高い表面磁石型ロータを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明の表面磁石型ロータは、防錆処理を施した希土類鉄系の焼結磁石片をロータヨーク外表面に接着した表面磁石型ロータにおいて、ロータコアを積層したロータヨークと、塗装によって表面を防錆処理した焼結磁石片とを備え、前記焼結磁石片のロータヨークとの接着面に、マスキング塗装による凹部を設け、この凹部に接着剤を塗布してロータヨーク外表面に固定したしたものである。
また、前記焼結磁石片の接着面の凹部に塗装のない生地面を設け、この生地面とロータヨーク外表面を接着固定したものである。
また、前記焼結磁石片の生地面を中央付近に設け、生地面の四辺が塗装で囲まれたものである。
また、前記ロータコアは、多角形の角部に焼結磁石片の位置決め用の突起部を有し、前記焼結磁石の接着面を平面にしたものである。
さらに、接着面の一部をマスキングして全面を塗装した焼結磁石片を備え、前記焼結磁石片とロータヨークとを接着する直前に、前記焼結磁石片のマスキングを剥がして生地面を露出させ、生地面に接着剤を塗布してロータヨークに接着固定することを特徴とする表面磁石型ロータの製造方法である。
本発明の請求項１に記載の表面磁石型ロータによれば、防錆処理のための塗装を利用して、焼結磁石片の接着面に設けた凹部で接着層を確保するため接着強度が安定化する。
また、請求項２に記載の表面磁石型ロータによれば、焼結磁石片の接着面に塗装のない生地面を設け、ロータコアの破断面と接着するため、熱衝撃による接着強度の劣化を小さくすることができる。
また、請求項３に記載の表面磁石型ロータによれば、塗装による端部の防錆処理が確実になるとともに、磁石中央付近をちゅう接着するため熱変形の影響が少なくなり、接着強度がより安定化する。
また、請求項４に記載の表面磁石型ロータによれば、突起部により周方向の位置決めが容易にでき、ロータヨークと焼結磁石片の接着面を平面にすることで、接着面が円弧状の焼結磁石片に比べて熱変形の影響が少なくなり、接着強度のばらつきを減少させることができる。
さらに、請求項５に記載の表面磁石型ロータの製造方法によれば、マスキング塗装により生地面に錆が発生するのを防止して、接着工程の直前にマスキングを取り外して生地面を確保するため接着強度の安定化および熱衝撃による接着強度の劣化を小さくすることができる。
本発明の表面磁石型ロータロータは、コアを積層したロータヨークと、塗装によって表面を防錆処理した焼結磁石片とを備え、前記焼結磁石片のロータヨークとの接着面に、マスキング塗装による凹部を設け、この凹部に接着剤を塗布してロータヨーク外表面に固定する。以下、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図1は本発明の実施の形態１にける表面磁石型ロータの平面図である。図１において、表面磁石型ロータは、ロータコア１１ａを積層したロータヨーク１１と、希土類鉄系の焼結磁石片１２とで構成され、焼結磁石片１２の表面にはエポキシ系の塗料１３により防錆処理を施しており、ロータヨーク１１の外周にエポキシ系の接着剤１４で接着固定され、回転軸１５が焼きバメもしくは圧入される。ロータコア１１ａの外周は多角形で、角部には焼結磁石片１２を周方向に位置決めする小さな突起部１１ｂを設けている。焼結磁石片１２の接着面は平面であり、外観はかまぼこ形である。
図1は本発明の実施の形態１にける表面磁石型ロータの平面図である。図１において、表面磁石型ロータは、ロータコア１１ａを積層したロータヨーク１１と、希土類鉄系の焼結磁石片１２とで構成され、焼結磁石片１２の表面にはエポキシ系の塗料１３により防錆処理を施しており、ロータヨーク１１の外周にエポキシ系の接着剤１４で接着固定され、回転軸１５が焼きバメもしくは圧入される。ロータコア１１ａの外周は多角形で、角部には焼結磁石片１２を周方向に位置決めする小さな突起部１１ｂを設けている。焼結磁石片１２の接着面は平面であり、外観はかまぼこ形である。
ここで、本発明の特徴である焼結磁石片１２の防錆処理と接着層の関係について、図２を併用して説明する。焼結磁石片１２を防錆処理する前に、焼結磁石片１２の接着面にマスキング用のテープ１６を貼り付ける。次に、テープ１６を貼り付けた状態で、全面に塗料１３を吹付けコーティングする。これにより、テープ１６および焼結磁石片１２の全面に塗料１３を均一にコーティングすると、ロータヨーク１１との接着面にテープ１６の厚みだけ段差が生じる。
実施の形態１では、接着面に構成した凹部１３ａによる段差が接着層（厚み）になるため、厚みが０．１ｍｍから０．１５ｍｍ程度のテープ１６を使用する。また、接着強度を安定化させるには、接着層の厚みの安定確保に加え、有効な接着面積を確保する必要がある。例えば、焼結磁石片１２の接着面積が大きい場合、凹部１３ａは接着面の中央付近に設けた方が温度変化の影響を受け難くなる。このため、接着強度確保に必要な接着面積（凹部１３ａ）を、中央付近に確保した上で四辺をマスキングすればよい。
なお、マスキング用のテープとして、難燃性粘着テープ（例えば、日東電工製ノーメックス粘着テープ）を用い、コーティング厚みとして３０μｍ程度確保すれば防錆効果は十分であるが、この条件に限定するものではない。
最後に、焼結磁石片１２の接着面に設けた凹部１３ａに接着剤１４を塗布し、ロータヨーク１１の所定位置に並べる。さらに、焼結磁石片１２の外周にロービングテープを巻き付け、高温雰囲気下で固着させる。このとき突起部１１ｂは、焼結磁石片１２が周方向に移動するのを防止する。接着剤１４としては、エポキシ系熱硬化型の接着剤（例えば、スリーＭ製ＳＷ２２１４）を用い、１５０℃雰囲気に２０分程度放置して固着させるが、この条件に限定するものではない。
凹部１３ａによって均一な接着層が確保できるのに加え、接着面が平面であること、ロータヨークが積層コア（接着面が破断面）であることなどの相乗効果によって、接着強度が向上し、熱衝撃テスト（ヒートサイクル）後の平均値も向上させることができた。接着面積＝約１６，６平方センチメートル、試料数＝８個、熱衝撃テスト後の結果は、マスキ
ングありの接着強度の平均値＝１８５１（Ｎ／ｍ２×１０４）、マスキングなしの接着強度の平均値＝６５１（Ｎ／ｍ２×１０４）であり、マスキングありの方が接着強度で約２．８倍大きかった。
ングありの接着強度の平均値＝１８５１（Ｎ／ｍ２×１０４）、マスキングなしの接着強度の平均値＝６５１（Ｎ／ｍ２×１０４）であり、マスキングありの方が接着強度で約２．８倍大きかった。
また、積層ヨークであっても、焼結磁石片の形状（コア外周形状も異なる）によって接着強度に大きな差がある。焼結磁石片の形状が、かまぼこ形と円弧タイプを比較すると、接着面が平面であるかまぼこ形の方が円弧タイプに比べて約１．５倍大きかった。これらの結果から、平面で均一な厚みの接着層が、熱衝撃の影響を吸収して接着強度の大幅アップにつながったと考えられる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、従来の焼結磁石片の塗装面とヨーク外周を直接接着する構成に比べて、接着強度の平均値を大幅に改善することができたが、熱衝撃テスト後の接着強度のバラツキに課題があった。実施の形態２は、熱衝撃による接着強度のバラツキを小さくして安定化を図るものである。
実施の形態１では、従来の焼結磁石片の塗装面とヨーク外周を直接接着する構成に比べて、接着強度の平均値を大幅に改善することができたが、熱衝撃テスト後の接着強度のバラツキに課題があった。実施の形態２は、熱衝撃による接着強度のバラツキを小さくして安定化を図るものである。
実施の形態１では、マスキングテープの厚みを利用して接着層の厚みを確保したが、実施の形態２では、接着面の一部を覆うマスキングテープは別の目的で利用する。以下図面を併用しながら説明する。
図３は実施の形態２における焼結磁石片の断面図、図４はロータヨークの要部説明図である。実施の形態１との相違点は、焼結磁石片２２の接着面の一部に、防錆用の塗装がない生地面を設ける点である。さらに、ロータコア外周の焼結磁石片との接着面に接着層を確保する溝部を設ける点であり、この相違点を中心に説明する。
図３において、焼結磁石片２２を防錆処理する前に、焼結磁石片２２の接着面にマスキング用のテープ２６を貼り付ける。マスキングテープを使用する点は実施の形態１と同じであるが、マスキングする位置が異なる。実施の形態２におけるマスキングの目的は、清浄で安定した接着面を得ることにあり、焼結磁石片２２の接着面に塗料２３のない生地面２２ａを確保するために設ける。
このため、焼結磁石片２２の接着面の中央付近にテープ２６を貼り付けた状態で、電着塗装により全面に塗料２３をコーティングする。塗料２３のコーティング厚みは３０μｍ程度確保すれば防錆効果として十分であり、焼結磁石片２２の表面の防錆処理が完了する。
実施の形態１とは異なり、塗料２３がテープ２６の表面に一定の厚みでコーティングされている必要はなく、接着工程の直前までテープ２６を貼り付けておくことで、接着面に錆が発生するのを防止し、清浄な接着面を確保できる。
そして、接着工程の直前にテープ２６を剥がして取り除き、生地面２２ａに接着剤を塗布し、積層されたロータコア２１ａの破断面とを接着する。焼結磁石片２２の生地面２２ａとロータコア２１ａの接着面は、表面状態および材質が似ているので、従来の塗装面（平面）と接着するものに比べて、接着強度の向上および安定化が期待できる。なお、テープ、接着剤の材質や固着条件などは実施の形態１と同じでよい。
ところで、塗料２３の厚みは３０μｍ程度で、テープ２６との境界部に部分的に盛り上がったバリが残る。焼結磁石片２２の生地面２２ａと塗料２３の段差（接着層の厚み）はわずかに確保できるものの、接着層の安定した厚みの確保手段としては、十分ではない。
そこで、図４に示すように、ロータコア２１ａの接着面に溝部２１ｃを設ける。この溝部２１ｃは、焼結磁石片２２の生地面２２ａと対向する直下に凹部で設ける。この溝部２１ｃの幅は、生地面２２ａの境界部に発生するバリを考慮して生地面２２ａの幅（テープ２６の幅）より少し広めに設定する。これにより、焼結磁石片２２の塗装面がロータコア２１ａの接着面に隙間なく当接させることができる。
溝部２１ｃの深さと塗料２３の厚み（３０μｍ程度）で、接着層の厚みを確保するため溝部２１ｃの深さは、０．１ｍｍ程度でよい。ロータヨーク２１は、このロータコア２１ａを積層したものであり、溝部２１ｃが軸方向に構成される。この軸方向の溝部２１ｃに接着剤を塗布して接着強度を確保する。このとき、接着剤の塗布量が少ないと接着強度の確保ができないので、生地面２２ａにも補助的に塗布する。
図５は、接着剤２４のはみ出しを考慮したもので、溝部２１ｃを二重構成にする。内側の溝部で接着強度を確保し、はみ出した接着剤は外側の溝部で吸収することができるため、より安全である。
なお、実施の形態２における直接の実験データは未確認であるが、防錆処理の違いによる接着面と接着強度の関係は、生地面＞アルミ蒸着＞エポキシ塗装＞＞ニッケルメッキの順であり、熱衝撃テスト後の接着強度において、生地面（防錆処理なし）はニッケルメッキの約２．７倍で、バラツキも改善することが確認されている。
このように、接着工程の直前に焼結磁石片の接着面に防錆処理のない清浄な生地面と接着層を確保して接着するため、より安定した接着強度が確保できると考えられる。
本発明の表面磁石型ロータは、厳しい環境下で使用されるＦＡ用途のサーボモータなどに有用である。
１１，２１ ロータヨーク
１１ａ，２１ａ ロータコア
１１ｂ 突起部
１２，２２ 焼結磁石片
１３，２３ 塗料
１３ａ 凹部
１４，２４ 接着剤
１５ 回転軸
１６，２６ テープ
２１ｃ 溝部
２２ａ 生地面
１１ａ，２１ａ ロータコア
１１ｂ 突起部
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Claims (5)
- 防錆処理を施した希土類鉄系の焼結磁石片をロータヨーク外表面に接着した表面磁石型ロータにおいて、ロータコアを積層したロータヨークと、塗装によって表面を防錆処理した焼結磁石片とを備え、前記焼結磁石片のロータヨークとの接着面に、マスキング塗装による凹部を設け、この凹部に接着剤を塗布してロータヨーク外表面に固定することを特徴とする表面磁石型ロータ。
- 前記焼結磁石片の接着面の凹部に塗装のない生地面を設け、この生地面とロータヨーク外表面を接着固定する請求項１に記載の表面磁石型ロータ。
- 前記焼結磁石片の生地面を中央付近に設け、生地面の四辺が塗装で囲まれている請求項２に記載の表面磁石型ロータ。
- 前記ロータコアは、多角形の角部に焼結磁石片の位置決め用の突起部を有し、前記焼結磁石の接着面を平面にした請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の表面磁石型ロータ。
- 防錆処理を施した希土類鉄系の焼結磁石片をロータヨーク外表面に接着した表面磁石型ロータにおいて、接着面の一部をマスキングして全面を塗装した焼結磁石片を備え、前記焼結磁石片とロータヨークとを接着する直前に、前記焼結磁石片のマスキングを剥がして生地面を露出させ、生地面に接着剤を塗布してロータヨークに接着固定することを特徴とする表面磁石型ロータの製造方法。
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