WO2007102373A1 - ヨーク一体型ボンド磁石およびそれを用いたモータ用磁石回転子 - Google Patents

Abstract

　結合材を含む磁石粉末と結合材を含む軟磁性粉末とが、互いが接触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形された軟磁性ヨーク一体のボンド磁石において、軟磁性ヨーク部とボンド磁石部を各々個別に圧縮成形した場合に、圧縮力を開放した後のスプリングバック量が等しくなるように、軟磁性ヨーク部およびボンド磁石部が構成されている軟磁性ヨーク一体のボンド磁石。

Description

明 細 書

ヨーク一体型ボンド磁石およびそれを用いたモータ用磁石回転子 技術分野

[0001] 本発明は、永久磁石を使用したモータや、発電機などの高効率化や軽量化を図る ことを目的とした、ヨーク一体型ボンド磁石および軟磁性ヨーク一体型のモータ用ボ ンド磁石回転子に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、モータ用磁石回転子には様々な構造が考案されてきた力 S、それらは大きく 2 つの方式に分類される。第一の方式は、図 3A〜C、および図 3Fのように永久磁石を 磁極の表面に酉己置したいわゆる表面磁石 (Surface Permanent Magnet、以下 SPM)回転子である。これに対し第二の方式は、図 3Dおよび Eのように永久磁石を 回転子内部に配置した磁石埋設（Interior Permanent Magnet、以下 IPM)回 転子である。前者の SPM回転子は、回転子表面に配置した永久磁石がエアギヤッ プを挟んで固定子に対向する形式であり、後者の IPM回転子に比べて設計や製造 が容易という特長がある。また、後者の IPM回転子は構造信頼性に優れ、さらにリラ クタンストルクを得易いという特長がある。なお、図 3Fに示す外転型の磁石回転子は 、磁石が飛散する恐れが低レ、ことから SPM構造をとることが多レ、。

[0003] 図 3A〜Fのような永久磁石回転子において、珪素鋼板の絶縁積層品ゃ铸造、鍛 造などから成る軟磁性ヨークの表面、もしくは内部に永久磁石を固定する方法として は従来から、接着剤を用いて接着するのが一般的である。

[0004] 磁石回転子をモータに組込み回転させると、回転に伴う遠心力や、固定子との間に 磁気的な吸引や反発力を発生する。さらに、回転に伴う振動なども発生する。ここで 、回転子を形成する磁石ゃ軟磁性ヨーク各々、また磁石と軟磁性ヨーク間の接合強 度が不充分であると、磁石の剥離や破壊が発生する。遠心力は回転速度のほぼ二 乗に比例して増加するため、高速回転するほどこの問題は深刻化する。この問題は 、図 3A〜Fのようなセグメント磁石を用いた場合、特に図 3A〜Cのように磁石が回転 子の外表面に配置される内転型の SPM回転子で著しい。さらに、単一磁石で複数 の磁極が構成可能なリング磁石を用いる場合であっても、回転子が温度変化した際 に磁石と軟磁性ヨークとの線膨張率の違いにより、磁石が破損するのを避ける目的で 、接着層のクリアランスを大きくし、さらに柔らかい接着剤を使用することが多い。なお 、接着層のクリアランスは接着強度のバラツキ増大や接着位置のズレなどの原因にな る。また、柔らかい接着剤は一般的に熱安定性や接着力に劣る。このように磁石の形 状によらず、磁石回転子の接着作業には多くの技術課題がある。

[0005] 以上の様な接着強度に対する懸念から、内転型 SPM回転子の強度対策として図 4 のように非磁性ステンレス鋼や強化プラスチック繊維ファイバーなどからなる構造補 強用の保護リング 3を磁石 101の外周面に巻いて、強度を補う場合が多い。しかしこ のような場合、実効的なエアギャップが拡がり、磁石からの磁束が固定子に到達し難 くなりモータ出力が低下してしまう。さらに、ステンレス鋼など金属製の保護リングでは 、渦電流損が発生してモータ効率を低下させてしまう。なお、磁石と軟磁性ヨークとを 一体成形する比較例として挙げる特許文献 1や特許文献 2においても、構造補強用 のフレームや保護リングの使用が前提になっていることから、磁石と軟磁性ヨーク間 に充分な接合強度を得ていないのは明らかである。また特許文献 3ではリング磁石に くさび形状を設けて磁石のマクロ的外観形状によりヨークにくい込ませ軟磁性ヨークと の抜けを防止している点から、また特許文献 4でも磁石をリング形状に限定している 点や製法に関する記述から、磁石と軟磁性ヨーク間に充分な接合強度は得ておらず 、リング磁石の内圧だけで軟磁性ヨークを保持しているのは明らかである。特許文献 5では仮圧縮成形と本成形を行ってリング状磁石を形成してレ、る。し力しリング状磁 石と軟磁性ヨークとの接合は接着であり接合強度や信頼性の点で不充分である。

[0006] なお、特許文献 6ではボンド磁石粉と軟磁性粉とを接着剤を用いずに一体的に圧 縮成形しており、回転子として十分な機械強度を実現している。特に IPM回転子で は、特許文献 6に記載の形状の範囲内において、ボンド磁石粉と軟磁性粉の粉体自 身のスプリングバック差に起因する残留応力によるクラック発生を回避しながら、一体 成形している。ところが、特許文献 6に記載の形状を逸脱したり、軟磁性ヨーク部の径 方向の肉厚が磁石部に比べて薄い場合などには、軟磁性ヨーク側に顕著なクラック を生じる事が多レ、。クラックの発生は、成形体の機械強度を著しく低下させるため、モ ータ用回転子として好ましくない。しかし、モータの高効率化や軽量化の要求が高ま るにつれて、磁石回転子の構造もより複雑化し、かつ薄肉化する傾向にあり、ボンド 磁石粉と軟磁性粉における粉体自身のスプリングバック量の差によってもたらされる、 接合面近傍に発生する残留応力を低減しないと、一体成形が困難な形状の実現が 求められている。

特許文献 1 :特開 2001— 95185号公報

特許文献 2 :特開 2003— 32931号公報

特許文献 3 :特開平 5— 326232号公報

特許文献 4 :特開平 7— 169633号公報

特許文献 5 :特開 2001— 052921号公報

特許文献 6 :特開 2005— 20991号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 本発明は上記した問題点に鑑み、ボンド磁石部ゃ軟磁性ヨーク部の形状が複雑化 したり、薄肉化したりしても、異材質どうしにおける粉体自身のスプリングバック量の差 によってもたらされる、接合面近傍の残留応力を低減してクラック発生を回避し、高速 回転用途においても強度的安全性の高レ、、ヨーク一体型ボンド磁石および表面磁石 型または内部磁石型の軟磁性ヨーク一体型ボンド磁石回転子、並びにその製造方 法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明によれば、軟磁性ヨーク部とボンド磁石部とを含む軟磁性ヨーク一体のボン ド磁石において、結合材を含む磁石粉末と結合材を含む軟磁性粉末とが、互いが接 触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形され、軟磁性ョー ク部とボンド磁石部を各々個別に圧縮成形した場合に圧縮力を開放した後のスプリ ングバック量が等しくなるように、軟磁性ヨーク部およびボンド磁石部が構成されてい る軟磁性ヨーク一体のボンド磁石が提供される。

発明の効果 [0009] 本発明によれば、一体的に圧縮成形された軟磁性ヨーク一体のボンド磁石の軟磁 性ヨーク部およびボンド磁石部の残留応力、とりわけ軟磁性ヨーク部の引張応力、を 低減することができ、クラックの発生を防止できる。それにより、樹脂バインダ等の結 合剤を含むボンド磁石粉と軟磁性粉とで回転子を一体成形することで、ボンド磁石部 と軟磁性ヨーク部との圧着強度が高ぐモータ高速回転用途においても構造信頼性 の高い磁石回転子を提供することができる。また、ボンド磁石粉と軟磁性ヨーク粉の 粉体自身のスプリングバック差によってもたらされる、接合面近傍の残留応力を低減 できるので、ボンド磁石部ゃ軟磁性ヨーク部の形状が複雑化したり、薄肉化したりして も、クラックのない強固な磁石回転子を提供することができる。

発明を実施するための最良の形態

[0010] 本発明は、ボンド磁石部と軟磁性ヨーク部とを含む軟磁性ヨーク一体のボンド磁石 であって、ボンド磁石部と軟磁性ヨーク部とが接触して形成する接合面近傍にぉレ、て 、粉体どうしのスプリングバック差による残留応力を低減する手法である。

本発明の第 1の具体例は、結合材を含む磁石粉末と結合材を含む軟磁性粉末とが

、互いが接触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形された 軟磁性ヨーク一体のボンド磁石において、軟磁性ヨーク部とボンド磁石部を各々個別 に圧縮成形して加圧方向の厚みを揃える時の基準量に対して、軟磁性ヨークの質量 が、基準量よりも 1〜20質量％大きい軟磁性ヨーク一体のボンド磁石である。

前記軟磁性粉末としてアトマイズ鉄粉を用いることができ、その場合、前記軟磁性ョ ーク部が鉄ヨーク部である鉄ヨーク一体のボンド磁石を得ることができる。

[0011] 磁石部には、等方性および、または異方性のボンド磁石を使用することができる。

等方性にしろ異方性にしろ、磁気特性に優れる R—Fe— B系ボンド磁石は、結合材 を適量含むもので粉体自身のスプリングバック量が成形圧力を維持している時の成 形体寸法に対して約 0. 3〜0. 4。/₀になる。ここで、スプリングバックとは成形圧力から 開放された成形体が成形金型のダイス寸法に対してあらゆる方向に膨張する現象で あり、その膨張量をスプリングバック量という。これに対して、軟磁性粉末のなかでも比 較的安価で入手性が良好なアトマイズ鉄粉に結合材を適量含むコンパゥンドのスプ リングバック量は約 0.：!〜 0. 2%になる。このため、ボンド磁石粉とアトマイズ鉄粉の コンパウンドを同時に圧縮成形すると、スプリングバック量が相対的に小さい鉄ヨーク 側の接合界面近傍において引張応力が生じる。この応力は、ボンド磁石と鉄ヨークの 相対形状や体積比などによって分布や絶対値が異なり、残留応力が許容応力を超 えた時にクラックが発生する。なお、一般的に圧縮成形体は圧縮応力に強ぐ引張応 力に弱いため、スプリングバック量の差によるクラックはスプリングバック量が相対的に 少なレ、鉄ヨーク側に生じることが多レ、。

[0012] ここで、まず給粉調整を行なわない場合の一体成形について、図 1Bの比較例、お よび図 2A〜Cの比較例を用いて詳細に説明する。図 1Bは、ボンド磁石と鉄ヨークが 共にリング形状の場合における一体成形の模式図である。また図 2A〜Cは、一体成 形時の接合界面の状態を説明するための模式図である。図 2Aの比較例に示す様に 、ボンド磁石と鉄ヨークをそれぞれ個別に同じ圧縮成形圧力（500〜： !OOOMPaの高 圧力）で単体成形後に除圧した時に、スプリングバックによる膨張量を含む成形体の 加圧方向の厚み（H )が揃うときの単位面積あたりの給粉量を、それぞれの基準量と

0

定義する。前述の圧縮成形圧力は後述の本成形圧力と等しい値とする。除圧とは圧 縮成形体を加圧状態から開放することを意味するものとする。

[0013] 前述の様に、アトマイズ鉄粉に対してボンド磁石粉のスプリングバック量の方が大き いため、ボンド磁石の加圧状態における厚み（H )と鉄ヨークのそれ (H )は、 Hく H

1 2 1 になる。これに対して、図 2Bおよび Cの比較例に示す様に、給粉量を基準量と同量

2

にしたボンド磁石の予備成形体 20と、給粉量を基準量と同量にした鉄ヨークの予備 成形体 21とを組合せて一体的に本成形すると、加圧状態における厚み（H )は概ね

3

Hと Hの平均値となるため、 Hく Hく Hの関係になる。つまり、ボンド磁石と鉄ョー

1 2 1 3 2

クをそれぞれ基準量で一体成形すると、圧縮力は鉄ヨーク側へ偏り、鉄ヨークが余分 に押し込まれる状態になる。但し、スプリングバック量の差から明らかな様に、成形体 の弾性率は鉄ヨークに比べてボンド磁石の方が大きぐ一体成形時に余分に押し込 まれた鉄ヨークが、弾性率の大きいボンド磁石を横方向へ押し広げるため、接合面に 圧着力が生じると同時に、ボンド磁石側へも充分な圧縮力が伝わる。しかし、このよう にボンド磁石部と鉄ヨーク部とで本成形圧力の伝わり方が異なるため、例えば図 2B の比較例に示す様に、ボンド磁石と鉄ヨークが接合されないと仮定すると、 目標とす る厚み寸法の Hに対してボンド磁石側は伸び、鉄ヨーク側は反対に縮むようになる。

0

[0014] 従って、図 2Cの比較例に示す様に、ボンド磁石と鉄ヨークをそれぞれ基準量で一 体成形すると、鉄ヨーク側に引張応力が生じる。同様に、リング形状の磁石回転子を 一体成形する場合について、図 1Bの比較例を用いて詳細に説明する。成形圧力は 予備成形圧力を 200〜400MPaの低圧力、本成形圧力を 500〜： !OOOMPaの高圧 力にする。金型 5内に別途作製しておいたボンド磁石予備成形体 20と鉄ヨーク予備 成形体 21をセットする。成形パンチ 4は予備成形体 20と予備成形体 21を合わせた 断面と同じ断面を有する。上下の成形パンチ 4, 4を前進させて予備成形体 20, 21 を同時に圧縮して一体成形する。このときの圧力は前記の本成形圧力である。予備 成形体 20, 21はともに基準量と同量の給粉量を有するため両者の接合面は円筒形 状を保つ。成形体が所定の寸法になったら除圧する。除圧するとスプリングバック現 象により成形体は径方向にも圧縮方向にも若干伸びようとする。このとき、ボンド磁石 の予備成形体 20の方がより多く伸びようとするため、特に圧縮方向の伸びが阻害さ れる予備成形体 20に圧縮応力が、また逆に予備成形体 21に引張応力がそれぞれ 内部応力として残留する。前述の様に圧縮成形体は引張応力に弱いため、特に鉄ョ ークの内径側の、密度が最も上昇し難い加圧方向の中央付近に、成形体クラック 18 が周方向へ向かって走ることが多い。

[0015] このクラックの発生を防止するために、主に鉄ヨーク側に発生する引張の残留応力 を低減する必要がある。そこで、図 1Aの実施例に示す様に、アトマイズ鉄粉の給粉 量を相対的に増やす工夫を行なった。つまり、鉄ヨーク部を形成するアトマイズ鉄粉 の給粉量だけを、基準量に対して増やした。なお、図 1 Aの実施例では、給粉量を基 準量と同量にしたボンド磁石の予備成形体 20と、給粉量を基準量に対して:!〜 20質 量％多くした鉄ヨークの予備成形体 21とを組み合わせ、それらを同時に本成形によ り一体成形する様子を表している。成形圧力は予備成形圧力を 200〜400MPa、本 成形圧力を 500〜1000MPaにする。また、ボンド磁石の成形パンチ 4Aと鉄ヨーク の成形パンチ 4Bを分離して互いに独立して制御できるようにし、ボンド磁石の予備成 形体 20よりも両端で突出した鉄ヨークの予備成形体 21側が、先に本成形される時に 成形体が崩れない様、予め成形パンチ 4A， 4Aを前進させてボンド磁石側の成形キ ャビティを塞いでおく。この状態で上下の成形パンチ 4B, 4Bを前進させて鉄ヨークの 予備成形体 21を圧縮する。鉄ヨークの予備成形体 21の高さがボンド磁石の予備成 形体 20の高さと同程度になるまで圧縮したら、成形パンチ 4Aと成形パンチ 4Bとを一 体的に制御して本成形圧力を印加して更に圧縮する。鉄ヨークの予備成形体 21は 基準量よりも多くのアトマイズ鉄粉を含んでいるため、基準量と同量の磁石粉末を含 むボンド磁石の予備成形体 20と接触した状態で同時に圧縮されると両者の接合面 は予備成形体 20側へ凸になる。成形体が所定の寸法になったら除圧する。除圧後、 成形パンチ 4Aと成形パンチ 4Bとを後退させて成形体を金型 5から取り出す。除圧す るとスプリングバック現象により成形体があらゆる方向に膨らみ、接合面の凸形状も解 消される。このようにして一体成形を行なうと、成形体にクラックを生じ難くなる。

[0016] 成形体にクラックを生じ難くなる理由は、次のとおりである。図 1Aの実施例において 、給粉量を基準量よりも多くした鉄ヨークは、一体成形時に圧縮と直交方向へボンド 磁石を押し広げる様に膨らむ。これにより、給粉量の違いによって鉄ヨーク側に偏る べき圧縮力をボンド磁石側へ分散することができ、結果的にボンド磁石と鉄ヨークの 圧縮力を等しくすることができる。なお、成形体の上下パンチとの接触面には大きな 摩擦力が発生するため、ボンド磁石と鉄ヨークの形状が崩れることがなレ、。このため、 圧縮状態では鉄ヨークの加圧方向中央が僅かに膨らんだ凸形状になる。この状態か ら上下パンチを除圧して金型 5から成形体を取り出すと、ボンド磁石と鉄ヨークのスプ リングバック差を吸収する様に接合面の凸形状が解消される。このようにすると、ボン ド磁石と鉄ヨークの接合面近傍の残留応力が低減され、成形体にクラックを生じ難く なる。なお、アトマイズ鉄粉の給粉量は、基準量に対して 1〜20質量％の範囲で増 やすことが好ましぐその量は加圧方向に対して直角の成形体断面におけるボンド磁 石部に対する鉄ヨーク部の断面積比に応じて調整することがより好ましい。アトマイズ 鉄粉の基準量に対する増加量を 1質量％未満にすると、クラック抑制において顕著 な効果が現れない。また、その増加量を 20質量％よりも多くすると、圧縮力の鉄ョー ク側への偏りが極端になって金型を破損したり、成形体の形状が崩れたり、ボンド磁 石側の密度が低下したりするため、好ましくない。

[0017] 本発明の第 2の具体例は、第 1の具体例におレ、て採用した軟磁性粉末（アトマイズ 鉄粉)の給粉量を基準量より増やす手法に替えて、ヤング率を制御することにより軟 磁性 (鉄）ヨーク部のスプリングバック量をボンド磁石部のそれに揃えることで、接合面 近傍に発生する残留応力を低減する手法である。成形体のスプリングバック量は原 料粉の硬度と密接な関係があり、硬い原料粉であるほど圧縮成形体のスプリングバッ ク量が大となる。実際に、ボンド磁石粉はメルトスピユングやストリップキャスティングな どの超急冷法を用いて高い磁気特性を得た高硬度な合金を粉砕'熱処理して得て いるため、圧縮成形前の粉の状態でのビッカース硬度 FIS— B7725)の Hv力 S約 20 0であるのに対して、アトマイズ鉄粉の Hvは約 100と半分の硬度であり、それに呼応 するようにボンド磁石粉の成形体におけるスプリングバック量は、アトマイズ鉄粉のそ れの 2倍以上になる。なお、ボンド磁石粉の平均粒径が約 100 z m、アトマイズ鉄粉 が約 30 μ mと微細なため、マイクロビッカース試験機を用いて試験荷重 10gで粉の ビッカース硬度を測定した。このように、粉の状態であっても硬度測定は可能である 力 圧縮成形後の成形体から原料粉の硬度を求めるのは極めて難しい。さらに、スプ リングバックとは成形金型のダイス寸法に対する成形体の膨張量を指すことから、ダ イス寸法が不明であるとスプリングバック量を求めることができなレ、。一方、材料の硬 さを示す指標の一つにヤング率がある。ヤング率は、応力/歪の直線領域での傾き に相当し、その値が大きいほど硬い材料と言える。成形体の熱硬化後のヤング率は、 歪ゲージなどを用いて成形体に対する荷重と変位量の相関から比較的容易に測定 できる。従って本発明の第 2の具体例は、成形体のヤング率によって定義することが できる。

すなわち本発明の第 2の具体例は、結合材を含む磁石粉末と結合材を含む軟磁 性粉末とが、互いが接触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮 成形された軟磁性ヨーク一体のボンド磁石において、軟磁性ヨーク部の熱硬化処理 後のヤング率が、ボンド磁石部のそれの 100〜： 120%である軟磁性ヨーク一体のボ ンド磁石である。この具体例においても、軟磁性ヨーク部とボンド磁石部を各々個別 に圧縮成形して加圧方向の厚みを揃える時の基準量に対して、軟磁性ヨークの質量 が、基準量よりも基準量の 10質量％以下の範囲で増加したものであることが好ましい 。ここで、軟磁性ヨークとは、アトマイズ鉄粉中に純鉄以外の何等かの合金か、または 結合材以外の何等かの添加物を含むことを意味する。

[0019] 軟磁性ヨーク部の熱硬化処理後のヤング率をボンド磁石部のそれの 100〜： 120% に限定する理由は次のとおりである。ボンド磁石成形体の熱硬化処理後のヤング率 は、磁気特性に優れる R—Fe— B系ボンド磁石粉に結合材を適量含むもので約 500 MPaである。これに対して、アトマイズ鉄粉に結合材を適量含む鉄ヨーク成形体の熱 硬化処理後のヤング率は約 800MPaとボンド磁石の約 160。/。である。なお、アトマイ ズ鉄粉の硬度がボンド磁石粉に比べて低いにも関わらず、圧縮成形後の鉄ヨーク成 形体のヤング率がボンド磁石のそれよりも大きいのは、主にアトマイズ鉄粉が柔軟な ため圧縮成形時に塑性変形して空孔部が減少し、ボンド磁石よりも成形体密度が約 10%上昇するからである。なお、成形体の密度上昇のし易さは、原料粉の粒形や粒 度分布にも依存する。つまり、成形体の熱硬化後のヤング率は様々な因子の影響を 受けるため、異なる原料粉からなる成形体どうしのヤング率を、一体成形時に完全に 一致させるのは極めて困難である。従って、成形体にクラックを生じない範囲で、スプ リングバック差に許容範囲を設けることが好ましい。具体的には、アトマイズ鉄粉のボ ンド磁石粉に対する圧縮成形および熱硬化処理後のヤング率の差を、クラックが発 生し易い現状の 60%から、その 1/3以下に低減すれば残留応力が許容応力を超 えてクラックを発生することがなレ、。従って、軟磁性ヨーク部の熱硬化処理後のヤング 率をボンド磁石のそれの 100〜 120%に限定することが好ましい。

[0020] また、軟磁性粉末の増加量を基準量の 10質量％以下の範囲に限定する理由は次 のとおりである。ボンド磁石粉末と軟磁性粉末のスプリングバック量を完全に一致させ た場合には、給粉調整を行なう必要がない。しかし、スプリングバック量は前述のとお り様々な因子の影響を受けるほか、その調整によって成形体の磁気特性や機械強度 にも影響を及ぼす。つまり、モータ用磁石回転子としての諸特性を考慮すると、スプリ ングバック調整を行なった原料粉を使用する場合でも、軟磁性粉末の増加量に 10質 量％以下の調整しろを設けることが好ましい。なお、調整しろの上限を 10質量％に する理由は、軟磁性ヨーク部の熱硬化処理後のヤング率をボンド磁石のそれの 100 〜120%に限定することで、軟磁性粉末の硬度が必然的に上昇するため、従来のァ トマイズ鉄粉を使用する場合に比べてその調整しろを半減できるからである。ここで、 調整しろを半減に留める理由は次のとおりである。成形体のスプリングバック量が相 対的に大きいボンド磁石粉に対して、アトマイズ鉄粉のビッカース硬度は前述のとお り約半分である。これに対して、アトマイズ鉄粉中に純鉄以外の何等かの添加物を混 ぜたり反応させたりして、軟磁性粉末の全部または平均的な硬度を約 2倍まで高める と、粉の圧縮成形性が大きく損なわれて軟磁気特性や機械強度が大幅に低下する。 これを避けるため、軟磁性粉末の硬度をアトマイズ鉄粉のそれの 1. 5倍以下に留め つつ、スプリングバック量の不足分を成形体の密度上昇で補うことが好ましい。これを 実現するために、軟磁性粉末の増加量を最大で 10%とする必要がある。このため、 軟磁性粉末の増加量を基準量の 10質量％以下の範囲にすることが好ましい。

[0021] 一般的に、アトマイズ鉄粉とは溶湯金属や合金を細孔より流出させ、その溶湯流に 高圧ガスまたは水流を吹き付けて製造した金属粉末を脱炭 '還元処理した純鉄粉で 、粒子内に気孔が殆どなぐ表面が平滑で球状に近いため流動性がよぐ圧縮性に 優れるという特徴を持つ。このようにアトマイズ鉄粉は製造プロセスが単純な純金属の ため、硬度が大きくばらつくことがなレ、。また、ボンド磁石粉はメルトスピニングゃストリ ップキャスティングなどの超急冷法を用いて高い磁気特性を得た合金を粉砕 '熱処 理して得ているため、磁気特性の劣化なく硬度を通常の半分以下にすることは極め て難しい。さらに、モータ出力の確保という観点で、磁気特性の劣化要因となるスプリ ングバック量の調整は、ボンド磁石側で行なうよりも、主にバックヨークとして機能する 鉄ヨーク側で行なうことが好ましレ、。

[0022] 即ち、アトマイズ鉄粉中へアトマイズ鉄粉よりも高硬度な軟磁性の合金粉末を添カロ することで、鉄ヨークの軟磁気特性や圧縮成形性を大きく損なわずに、スプリングバッ ク量を平均的に増大させることが好ましい。アトマイズ鉄粉に添加する混合粉には、 珪素鉄や鉄基アモルファス、ナノ結晶軟磁性材料、ステンレス鋼、铸鉄などの粉砕粉 が使用できる。軟磁性ヨーク部への高硬度な軟磁性合金粉末の混合量は、その熱硬 化処理後のヤング率がボンド磁石部のそれの 100〜120%となる量に調整すればよ いのであるが、上記の混合粉を添加する場合は 3〜30質量％程度となる。高硬度軟 磁性粉添加率 (質量％)は粉砕粉質量 Z (アトマイズ鉄粉質量 +粉砕粉質量） X 100 で算出される。 [0023] したがって本発明の第 3の具体例は、結合材を含む磁石粉末と結合材を含む軟磁 性粉末とが、互いが接触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮 成形された軟磁性ヨーク一体のボンド磁石において、軟磁性粉末が、アトマイズ鉄粉 中に珪素鉄、鉄基アモルファス合金、ナノ結晶軟磁性材料、ステンレス鋼、錡鉄の材 料からなる群から選ばれる 1種又は 2種以上の材料からなる粉末を 3〜30質量％含 んで成る軟磁性ヨーク一体のボンド磁石である。アトマイズ鉄粉中に添加する混合粉 の硬度は Hv300以上が好ましぐ 600以上がより好ましい。また、それらはクラックの 起点にならない様に、アトマイズ鉄粉と同等力またはそれ以下の粒径のものを、アトマ ィズ鉄粉中に均一に分散させることが好ましい。混合粉の硬度 Hvを 300以上、より好 ましくは 600以上とする理由は、入手性が良好で且つ優れた軟磁気特性および圧縮 成形性を有するアトマイズ鉄粉に対して、スプリングバック量の調整を目的とする混合 粉の量を出来るだけ少なくするためである。混合粉の硬度が高いほど、少ない混合 量でスプリングバック量を増大させることができる。また、混合粉の軟磁気特性、つま り透磁率や飽和磁束密度が高いほど、圧縮成形後においても高い軟磁気特性が保 たれる。従って、高硬度で且つ軟磁気特性が良好な珪素鉄や鉄基アモルファス合金 、ナノ結晶軟磁性材料、ステンレス鋼、铸鉄などの粉末、特に粉砕粉を混合すること が好ましい。

[0024] なお、圧縮成形後の成形体寸法に対して、熱硬化処理後にはボンド磁石も軟磁性 ヨークも更に約 0. 3%膨張する。ボンド磁石ゃ軟磁性ヨークの熱硬化処理前後の膨 張量は、主に結合材の種類や添カ卩量によって異なり、この差が熱硬化処理の前後で 大きくなる場合は、熱硬化処理後の膨張率まで考慮して鉄ヨーク側のスプリングバッ ク量を調整することが好ましい。

[0025] 本発明の第 2の具体例にぉレ、てアトマイズ鉄粉中へ混合する高硬度な軟磁性の合 金粉末として高硬度かつ電気抵抗が大きい材料を混合することもできる。高硬度な 混合粉という観点では、本発明の第 2の具体例と同様のスプリングバック調整の効果 が得られる。その混合粉が電気抵抗の大きい性質を兼ね備えていると、特にモータ が高速回転した時の渦電流損低減の効果が得られる。高硬度かつ電気抵抗が大き い材料としては、 Si、 Si〇、 SiC、 Al O 、 MgOなどが挙げられる。または Cr、 Mo、 V、 W、 Coなどを含む鉄系の合金粉末に絶縁処理を施したものを添加しても良い。 高硬度かつ電気抵抗が大きい材料からなる粉末の混合量は 3〜 30質量％である。 添加物の硬度は Hv300以上が好ましぐ 600以上がより好ましい。また、それらはク ラックの起点にならない様に、アトマイズ鉄粉と同等以下の粒径のものを、均一に分 散させることが好ましい。

[0026] したがって本発明の第 4の具体例は、結合材を含む磁石粉末と結合材を含む軟磁 性粉末とが、互いが接触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮 成形された軟磁性ヨーク一体のボンド磁石において、軟磁性粉末が、アトマイズ鉄粉 中に Si、 Si〇、 SiC、 Al〇、 MgOの各粉末からなる群力も選ばれる 1種又は 2種以

2 2 3

上の粉末を 3〜30質量％含んで成る軟磁性ヨーク一体のボンド磁石である。

[0027] 本発明の第 5の具体例は、結合材を含む磁石粉末と結合材を含む軟磁性粉末とが 、互いが接触して形成する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形された 軟磁性ヨーク一体のボンド磁石において、軟磁性粉末が、アトマイズ鉄粉中に Cr、 M o、 V、 W、 Coの各元素からなる群から選ばれる 1種又は 2種以上の元素を含む鉄系 の合金粉末に絶縁処理を施した粉末を 3〜30質量％含んで成る軟磁性ヨーク一体 のボンド磁石である。第 4および第 5の具体例において、混合粉の量を 3〜 30質量％ に限定する理由は、軟磁性ヨーク部の熱硬化処理後のヤング率をボンド磁石部のそ れの 100〜120%となる量に調整するためである。

[0028] 以上の各具体例の何れかの鉄ヨーク一体のボンド磁石または軟磁性ヨーク一体の ボンド磁石とモータ回転軸とを組み合わせることにより、高速回転用途においても強 度的安全性の高いモータ用磁石回転子を作製することができる。

[0029] 前記のモータ用磁石回転子と、界磁卷線を有する固定子とを組み合わせることによ り、前記固定子が形成する回転磁界に応じて回転するモータを作製することができる

[0030] 本発明において、磁石粉末の平均粒径が 50〜200 μ mであり、軟磁性粉末の平 均粒径が:!〜 100 μ mであるものが好ましい。相互に粒径を変えることで磁石粉末と 軟磁性粉末とのかみ合いが起こりやすくなりボンド磁石部と軟磁性部の接合強度が 高まり、ボイドゃクラック等を抑制できる回転子を製造できる。さらに好ましい磁石粉 末の平均粒径は 80〜： 150 /i mであり、さらに好ましい軟磁性粉末の平粒径は 5〜50 μ mであ 。

[0031] 磁石粉末は、等方性および、または異方性の R— Fe— B系磁石粉末あるいは Sm _Fe _N系磁石の混合粉末であることが望ましい。例えばフェライト系ボンド磁石の 様に残留磁束密度 Brが 0. 4T未満であると、モータとして必要充分なトルクを得るこ とができなレ、。したがって、 Br≥0. 8T、保磁力 Hcj≥600kAZmの希土類系ボンド 磁石を使用することがより望ましい。

[0032] 一方、軟磁性粉末はアトマイズ鉄粉に、鉄基アモルファス合金粉末、ナノ結晶軟磁 性粉末などを添加して、電気伝導率は 20kSZm以下、磁気特性は飽和磁束密度 B m≥l . 4T、保磁力 Hc≤800A/mに調整することが望ましレ、。電気伝導率が 20kS /m以下であると、従来接着方式で軟磁性ヨークとして用いられている珪素鋼板など の絶縁積層品とほぼ同等に、渦電流損を低減することができる。また、 Bmが低いと 必要充分な磁束が得られず、極端にヨークを大型化する必要などが発生する。特に 本発明のように Br≥0. 8Tの希土類系ボンド磁石を用いる場合は、この問題点が顕 在化する。また Heが高すぎるとモータ回転時のヒステリシス損が顕著になりモータ効 率が著しく低下する。

[0033] 生産性や組立て精度の観点から、磁石と軟磁性ヨークとを一体成形する技術も種 々開発されているが、インサート成形 (特許文献 1)ではその製法上、原料に高い流 動性が要求されるため、磁石材料ゃ軟磁性材料に多量の樹脂を混ぜなければなら なレ、。このため、磁石材料ゃ軟磁性材料の質量％は 6割程度となり、軽量というメリツ トはあるものの、低い磁気特性しか得られない。一方、本発明は圧縮成形であるため 、磁石材料ゃ軟磁性材の質量％を 98%程度まで上げることが可能であり、より高い 磁気特性が得られるとレ、う特長がある。

[0034] また軟磁性粉末に、絶縁皮膜のコーティングをなすことも好ましい。あるいは希土類 磁石粉末に、絶縁皮膜コーティングをなすことも好ましい。絶縁皮膜のコーティングを 施すことで電気抵抗が増加して、モータ回転時の渦電流損を低減することができる。

[0035] ボンド磁石と軟磁性ヨーク一体の、磁石回転子成形用の原料としては、磁石粉末お よび軟磁性粉末に樹脂バインダ (結合剤）を添加する。結合剤としては熱硬化性樹脂 を、磁石粉末コンパゥンドであれば 1〜5質量％、軟磁性粉末コンパウンドであれば 0 .：!〜 3質量％含むことが望ましい。結合剤は熱硬化性樹脂が好ましい。例えばェポ キシ樹脂、フエノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂等が適宜使 用できる。磁石粉末質量に対する含有量は、 0.：!〜 5質量％が好ましぐ 1. 0〜4質 量％がより好ましい。軟磁性粉末に対する含有量は 0.：!〜 3質量％が好ましぐ 0. 5 〜2質量％がより好ましい。結合剤の含有量が少なすぎると機械強度が著しく低下し 、結合剤の含有量が多すぎると磁気特性が著しく低下する。

[0036] 軟磁性粉末と結合剤、もしくは磁石粉末 (特に希土類系磁石粉末)と結合剤を調合 してコンパゥンドとする。このコンパゥンド中には、酸化防止剤や潤滑剤が含まれてい てもよレ、。酸化防止剤は、磁石粉末の酸化を防止して磁石の磁気特性の低下を防ぐ のに寄与する。また、コンパウンドの混練 ·成形の際に熱的安定性の向上に寄与し、 少ない結合剤添加量で良好な成形性を保てる。酸化防止剤は、既知のものを使用 でき、例えば、トコフエロール、アミン系化合物、アミノ酸系化合物、ニトロカルボン酸 類、ヒドラジン化合物、シアン化合物、硫化物等の、金属イオン、特に Fe成分に対し キレー M匕合物を生成するキレー H匕剤などが使用できる。

[0037] 潤滑剤は、コンパウンドの混練 ·成形の際に流動性を向上させるため、より少ない結 合剤添加量で同等の特性を得ることができる。潤滑剤は既知のものを使用でき、例え ば、ステアリン酸またはその金属塩、脂肪酸、シリコーンオイル、各種ワックス、脂肪酸 などが使用できる。

[0038] また、他に安定化剤、成形助剤等の各種添加剤を添加することもできる。コンパゥ ンドは混合機や攪拌機を用いて混合する。

[0039] ここで、ボンド磁石と軟磁性ヨークの一体成形手段について、図 5を用いて詳細に 説明する。結合材および平均粒径が 50〜200 μ mの磁石粉末を主とする磁石粉末 コンパウンド 6を、磁石予備成形専用の圧縮成形装置に充填して、成形圧力 200〜4 OOMPaで予備成形する。なお、ボンド磁石が異方性の場合には、電磁石 7などによ つて磁場を与えながら予備成形を行なう。また、結合材および平均粒径が:!〜 100 μ mのアトマイズ鉄粉末コンパウンド 8も、予備成形専用の圧縮成形装置にて成形圧力 200〜400MPaで予備成形する。予備成形で成形圧力を低めるのは、本成形の際 に磁石粉 6と軟磁性粉 8との接合強度を高めるためである。さらに、アトマイズ鉄粉末 コンパウンド 8は、前述のように給粉比を適宜増やすか、または添加物を適宜混合し てスプリングバック量を予め磁石粉 6のそれと合わせておく。

[0040] 次に、複数のボンド磁石の予備成形体 20と、スプリングバック量を考慮した軟磁性 ヨークの予備成形体 21とを組合せてキヤビティ内へ再投入し、予備成形圧力より高 レ、 600〜： !OOOMPaの成形圧力で一体的に本成形する（無磁場中）。予備成形体は 表面の粉が脱落可能なほど低密度のため、本成形の際に磁石粉末 6と軟磁性粉末 8 の境界面が粉の粒径に応じた凹凸を有しながら強固に密着し磁石成形体 20と軟磁 性成形体 21は互いに接合される。従って、境界面の凹凸量が大きいほど機械的結 合強度は大きくなる。なお、予備成形体の接合面 110に予め結合材ゃ接着剤などを 塗布しておいても良い。本成形後に行なう加熱硬化処理 (熱硬化炉 9)により結合材 や接着剤が溶けてボンド磁石部 1と軟磁性ヨーク部 2とに浸透して接合面の接合力を 更に強化する。

[0041] 従来の接着剤による接合では、接着層の厚みがばらついたり、接着面の状態によ つて接着強度が変わったりするなど、安定した接着強度を得ることは難しい。 20MPa 以上の接着強度を有する接着剤を使用しても、接着面積が 1/3程度しか確保でき ず、平均すると実質 5MPa以下の接着強度しか得られないことが多い。これに対して 本発明では、ボンド磁石部と軟磁性部の圧着力は接合面 110の全域で確保されるた め、常に安定してせん断応力で lOMPa以上、さらには 15MPa以上となる。固定子 コイルに励磁電流が供給されると回転子に回転トルクが生じる。このとき回転子には 回転方向に対して接線方向の応力が生じる力 ボンド磁石部と軟磁性ヨーク部との 接合界面には主にせん断応力が加わる。回転速度が大きくなるにつれて接合界面 には引張応力も加わる。本発明により形成された接合界面はせん断応力および引張 応力の何れに対してもほぼ同等の高い強度を有する。本発明を例えばモータ回転子 に適用して実施した場合、接合界面に大きなせん断応力が加わる場合が多いことが 想定されるため、後述する実施例では接合界面のせん断強度を接合強度の指標とし た。

[0042] ここで、等方性ボンド磁石粉の予備成形圧力を 200〜600MPaまで変化させ、各 々の条件に対して、軟磁性粉と組合せた後の本成形圧力を 600MPaにした時の、 予備成形圧力と接合界面のせん断強度の相関を図 6Aに示す。図 6Aより、等方性ボ ンド磁石の予備成形圧力が低いほど、軟磁性粉と組合せて一体成形した後の、接合 面 110のせん断強度は高くなることがわかる。なお、予備成形圧力が 200MPa以下 では、予備成形体の形状が保てなくなり、生産性が著しく低下する。磁石部の残留磁 束密度は等方性であるため予備成形圧力との相関関係はない。原料粉として、等方 性ボンド磁石粉には平均粒径が約 100 μ mの NdFeBボンド磁石粉に結合材を 3質 量％混合したものを使用した。また、軟磁性粉末には平均粒径が約 30 x mのアトマ ィズ鉄粉中に粒径が約 30 μ mでビッカース硬度 Ηνが 700の鉄基アモルファス合金 粉末を 11質量％混合したものを使用した。

[0043] 次に、異方性ボンド磁石の予備成形圧力を 200〜600MPaまで変化させ、各々の 条件に対して、軟磁性粉と組合せた後の本成形圧力を 600MPaにした時の、予備 成形圧力と接合界面のせん断強度、および磁石部の残留磁束密度の相関を図 6B に示す。図 5に示す様に、一体成形の工程では磁場を与えないため、予備成形圧力 が低いほど予備成形時の磁石の配向が本成形時に乱され易ぐ残留磁束密度が低 下すると考えられる。従って、異方性ボンド磁石において磁場中予備成形，および無 磁場中本成形を行なう際、磁石の磁気特性と接合力の両立という観点で、予備成形 圧力は 250〜500MPaの範囲が好ましぐ 300〜400MPa程度にすることが更に望 ましい。原料粉として、異方性ボンド磁石粉には平均粒径が約 80 /i mの NdFeBボン ド磁石粉に結合材を 3質量％混合したものを使用した。また、軟磁性粉末には平均 粒径が約 30 μ mのアトマイズ鉄粉中に粒径が約 30 μ mでビッカース硬度 Ηνが 700 の鉄基アモルファス合金粉末を 11質量％混合したものを使用した。

[0044] ここで、予備成形圧力を変化させた時の、本成形後に得られる一体成形品の加圧 方向断面部の接合面外観写真を図 7,図 8に示す。図 8の接合面を更に拡大したも のを図 9に示す。写真における上下方向が成形時の加圧方向である。図 7， 8に示す 様に、等方性ボンド磁石および異方性ボンド磁石とも、予備成形圧力が低いほど、接 合界面の凹凸量が多い様子が観察される。予備成形圧力と本成形圧力が同じ場合 、接合界面の凹凸はほとんど認められない。図 1 OAに等方性ボンド磁石の予備成形 圧力とせん断強度および接合面の凹凸量の相関を、図 10Bに異方性ボンド磁石の 予備成形圧力とせん断強度および接合面の凹凸量の相関を示す。図 7および図 8に 示す様に、本発明では磁石粉と軟磁性粉とが界面近傍において 50〜： 100 _β m程度 の凹凸量をもってかみ合う状態をつくることで、 15MPa以上の強固な接合力を得て レ、る様子がわかる。

[0045] 接合面における磁石粉と軟磁性粉との凹凸量を、図 9を用いて説明する。断面写 真において磁石粉と軟磁性粉との接触箇所をつなぐと一本の曲線を書くことができる (図中の太線）。これが接合面である。接合面の凹凸のほぼ中心を縫うように一本の 曲線を書く。この曲線は当該曲線と接合面とによって囲まれる面積が当該曲線の左 右で等しくなるように書かれ、これを中心線とする（図中の色の濃い網掛け部が軟磁 性ヨーク側の凹凸面積 (c)を、色の薄い網掛け部がボンド磁石側の凹凸面積（a)をそ れぞれ表し、 a = cとなる）。中心線を接合面の最大ピークと接する位置まで平行移動 する。反対方向にも同様に平行移動する。平行移動で書かれた 2本の平行線の間隔 が凹凸量である。この作業は接合面の長さ lmmの視野において行なう。

[0046] このようにボンド磁石部と軟磁性ヨーク部とで高い接合力が得られるため、従来の接 着方式や一体成形方式 (特許文献 1〜特許文献 2)においては不可欠であった構造 補強用の保護リングを廃止することが可能である。さらに、本発明では磁石と軟磁性 ヨークとの接合面 110全域で高い圧着力が得られるため、磁石部をリング形状に限 定したり、リング磁石の内圧だけで軟磁性ヨークを保持したり（特許文献 3〜4)するこ とがない。ボンド磁石部どうしの接合面 100においても予備成形圧力より高い圧力で 圧縮成形することにより磁石と軟磁性ヨークとの接合面 110と同様に高い接合力が得 られる。

[0047] 本発明では、予備成形の工程で磁石を 1ユニットずつ充分な磁場中で配向できる ので、磁石の極数や寸法に依らず安定した配向および着磁を容易に行なうことが可 能となる。すなわち、異方性ボンド磁石部と軟磁性ヨーク部からなる磁気回路用部品 の製造方法として、前記異方性ボンド磁石部は結合材および平均粒径が 50〜200 μ mの磁石粉末を主とする磁石粉末コンパウンドを用いて磁場中で予備成形し、そ の後、無磁場中で平均粒径が：!〜 100 μ mの軟磁性粉末を主とする軟磁性粉末コン パウンドと一体化する様に本成形し、熱硬化させることを特徴とする製造方法が採用 できる。なお、本成形用の金型には、 500〜1000MPaの高圧力に耐え得る様に、 磁気特性よりも機械強度特性を重視した超硬などの材質を用い、さらにある程度以 上の肉厚で構成する必要がある。このため、電磁石で発生する磁場を磁石成形部へ 無駄なく伝えるのが困難となる。し力 ながら、 300MPa程度の予備成形圧力におい ては、金型材に磁気特性を重視した飽和磁束密度が高ぐまた比透磁率の高い鋼材 を採用でき、さらに薄肉化も可能なことから、分布が均一でかつ強度も高い配向磁場 を磁石成形部で発生することができる。例えば、ラジアル異方性のリング磁石を配向 させる場合にも、予備成形用の金型で配向させることで、より配向度が高ぐ磁力バラ ツキの少なレ、磁石を得ることができる。

[0048] また製造設備面でも 300MPa程度の予備成形用プレス機は、本成形用プレス機に 比べてコンパクトであり、プレス機の構成材もより磁気特性重視の材料を選択できる。

[0049] 製造の最終工程で 500〜： !OOOMPaの高圧力で圧縮成形した場合の密度は、例 えば R— Fe— B系のボンド磁石部で 5. 5〜6. 5Mg/m³、 R— Fe— N系のボンド磁 石部で 5. 3〜6. 2Mg/m³であり、 Fe粉のボンド軟磁性部であれば 6. 0〜6. 8Mg

Z m ある。

[0050] 一体成形後には 250°C以下で硬化処理を行なレ、、さらに必要に応じてエポキシ榭 脂塗装などの表面処理を施してから、回転軸を圧入または接着固定し、最後に磁極 部を着磁して磁石回転子となる。

実施例

[0051] 本発明の第 1の具体例にあたり、図 11A〜Fに代表される様々な磁石形状を有す る回転子を製作して、ボンド磁石部と鉄ヨーク部とを各々個別に圧縮成形した時に、 成形体の加圧方向の厚みが揃えられる時の単位面積あたりの給粉量を基準とし、そ の基準量に対して鉄ヨーク部を形成するアトマイズ鉄粉の給粉量だけを増やしていつ た。その結果、図 11Cの構造の回転子でボンド磁石部と鉄ヨーク部の加圧面の断面 積がほぼ等しレ、条件では、アトマイズ鉄粉の単位面積あたりの給粉量が基準量以上 1. 02倍以下の範囲で、鉄ヨークにクラックを生じることがな力 た。また、熱硬化後の 接合強度をそれぞれ比較したところ、アトマイズ鉄粉の単位面積あたりの給粉量が基 準量の 1. 01倍の時に、最も高い 19. 6MPaのせん断強度が得られた。以降、磁石 部断面積に対する鉄ヨーク部のそれを、鉄ヨークの断面積比と称する。また、最も高 い接合強度が得られる鉄粉の単位面積あたりの給粉量を基準量で割った値を、鉄ョ ークの最適給粉比と称する。なお、原料粉として磁石粉には平均粒径が約 80 x mの NdFeB異方性ボンド磁石粉に結合材を 3質量％混合したものを使用した。また、軟 磁性粉末には平均粒径が約 30 μ mのアトマイズ鉄粉を使用した。ボンド磁石粉とアト マイズ鉄粉の仮成形圧力は、それぞれ 300MPaにした。また、一体成形時の本成形 圧力は 800MPaにした。一体成形後には 200°Cで熱硬化を行なった。

[0052] ここで、図 11A〜Fに代表される様々な磁石形状を有する回転子において、鉄ョー ク部の断面積比と最適給粉比の相関を求めた。なお、磁石部や鉄ヨーク部が複数の 部位で構成される場合、各々の断面積や給粉量をその合計値とした。その結果、図 12に示す様に、鉄ヨーク部の最適給粉比は、断面積比が概ね 1の時を下限にして断 面積比の 2乗に比例することがわかった。最適給粉比の条件下では、ボンド磁石と鉄 ヨークの接合面近傍にクラックを生じることなぐ約 20MPaの高い接合強度が得られ た。

[0053] 本発明の第 2の具体例にあたり、アトマイズ鉄粉中へ硬度が高い軟磁性の合金粉 末を添加することで、鉄ヨークの軟磁気特性や圧縮成形性を大幅に低下させることな ぐスプリングバック量を調整した。硬度が高い軟磁性合金として、鉄基アモルファス 合金を粒径 50 μ m以下（硬度 Hv700,体積平均粒子径 30 μ m)に粉砕し、アトマイ ズ鉄粉 (硬度 HvlOO,体積平均粒子径 30 μ ΐη)中へ 5質量％おきに 30質量％まで 添加し、その各々へ樹脂バインダを 1質量％混合してコンパウンドを作成した。各コン パウンドにおける圧縮成形直後のスプリングバックの測定は、直径 30mm、厚さ 20m mの試験片を 800MPaの高圧力で成形した後に 200°Cで熱硬化処理を行なレ、、金 型ダイスに対する成形体の直径から算出した。その結果、図 13に示す様に圧縮成形 体の熱硬化処理後のヤング率は、そのスプリングバック量と鉄基アモルファス合金粉 末の添加率の双方に対して正比例関係となった。すなわち、図 14に示す様に鉄基 アモルファス合金粉末の添カ卩率と、それを添加したアトマイズ鉄粉の圧縮成形体の 熱硬化処理後のスプリングバック量は、正比例関係となることがわかった。すなわち、 例えばボンド磁石のスプリングバック量が 0. 6%の場合には、アトマイズ鉄粉中へ鉄 基アモルファス粉砕粉を 20質量％添加すればスプリングバック量が揃えられ、給粉 比を調整しなくても一体成形後にクラックを生じることがない。

図面の簡単な説明

園 1A]本発明の一実施例に関わるボンド磁石と鉄ヨークの一体成形の製造方法を示 す模式図であり、左から予備成形組付け、一体成形、除圧後の上面図（上図）、およ び側面図（下図）である。

園 1B]従来のボンド磁石と鉄ヨークの一体成形の製造方法を示す模式図であり、左 から予備成形組付け、一体成形、除圧後の上面図（上図）、および側面図（下図）で ある。

園 2A]比較例として、従来のボンド磁石と鉄ヨークを個別に成形する場合の製造方 法を示す模式図であり、左から本成形前、本成形中、本成形後を示す。

園 2B]比較例として、従来のボンド磁石と鉄ヨークが接合されないと仮定した場合の 製造方法を示す模式図であり、左から本成形前、本成形中、本成形後を示す。 園 2C]比較例として、従来のボンド磁石と鉄ヨークを一体成形が接合されないと仮定 した場合の製造方法を示す模式図であり、左から本成形前、本成形中、本成形後を 示す。

園 3A]従来の表面磁石回転子の方式の一例を説明する模式断面図である。 1は、ボ ンド磁石部、 2は軟磁性部、 13はシャフト（モータ回転軸）を示す。

[図 3B]従来の表面磁石回転子の方式の一例を説明する模式断面図である。

[図 3C]従来の表面磁石回転子の方式の一例を説明する模式断面図である。

園 3D]従来の磁石坦設回転子の方式の一例を説明する模式断面図である。

園 3E]従来の磁石埋設回転子の方式の一例を説明する模式断面図である。

園 3F]従来の表面磁石回転子の方式の一例を説明する模式断面図である。

園 4]比較例の表面磁石型永久磁石回転子の模式断面図である。 3は保護リング、 1

01はセグメント磁石、 102は軟磁性ヨーク、 17は空隙、 13はシャフトを示す。

園 5]本発明の他の実施例に関わる、異方性ボンド磁石と鉄ヨークの一体成形の製 造方法を示す模式図であり、順に、磁石予備成形、予備成形体組付け、一体成形、 除圧後、熱硬化、着磁の各工程を示す上面図（上図）および側面図（下図）である。 園 6A]本発明における等方性ボンド磁石の予備成形圧力（横軸）と、軟磁性粉との一 体成形後の等方性ボンド磁石と軟磁性ヨーク接合面のせん断強度（縦軸）を示す図 である。

園 6B]本発明における異方性ボンド磁石の予備成形圧力（横軸）と、軟磁性粉との一 体成形後のせん断強度を示す図であり、白丸は、異方性ボンド磁石と軟磁性ヨーク 接合面のせん断強度 (左縦軸）を示し、黒四角は異方性ボンド磁石の残留磁束密度 Br (右縦軸）を示す。

[図 7]本発明における磁石の予備成形圧力と、軟磁性粉との一体成形後の加圧方向 接合面外観写真であり、矢印は接合面を示す。

園 8]図 6の写真を更に拡大した写真である。

園 9]接合面の凹凸量の定義を説明するための図であり、太い矢印は接合面を表す

[図 10A]本発明における等方性ボンド磁石の予備成形圧力（横軸）と、軟磁性粉との 一体成形後のせん断強度 (縦軸）および接合面の凹凸量 (縦軸）を示す図であり、白 丸は、等方性ボンド磁石と軟磁性ヨーク接合面のせん断強度を、黒三角は接合面の 凹凸量を示す。

園 10B]本発明における異方性ボンド磁石の予備成形圧力（横軸）と、軟磁性粉との 一体成形後のせん断強度 (縦軸）および接合面の凹凸量 (縦軸）を示す図であり、白 丸は、異方性ボンド磁石と軟磁性ヨーク接合面のせん断強度を、黒三角は接合面の 凹凸量を示す。

園 11A]本発明の他の実施例に関わる永久磁石回転子の模式断面図である。薄い 網掛け部が、ボンド磁石の断面部 (X)、濃い網掛け部が軟磁性ヨーク部の断面部 (Y )を示し、 X=Yとなっている。

園 11B]本発明の他の実施例に関わる永久磁石回転子の模式断面図である。薄い 網掛け部が、ボンド磁石の断面部 (Χ)、濃い網掛け部が軟磁性ヨーク部の断面部 (Υ )を示し、 Χ=Υとなっている。

園 11C]本発明の他の実施例に関わる永久磁石回転子の模式断面図である。薄い 網掛け部が、ボンド磁石の断面部 (X)、濃い網掛け部が軟磁性ヨーク部の断面部 (Y )を示し、 X= Yとなっている。

園 11D]本発明の他の実施例に関わる永久磁石回転子の模式断面図である。薄い 網掛け部が、ボンド磁石の断面部 (X)、濃い網掛け部が軟磁性ヨーク部の断面部 (Y )を示し、 X=Yとなっている。

園 11E]本発明の他の実施例に関わる永久磁石回転子の模式断面図である。薄い 網掛け部が、ボンド磁石の断面部 (Χ)、濃い網掛け部が軟磁性ヨーク部の断面部 (Υ )を示し、 Χ=Υとなっている。

園 11F]本発明の他の実施例に関わる永久磁石回転子の模式断面図である。薄い 網掛け部が、ボンド磁石の断面部 (Χ)、濃い網掛け部が軟磁性ヨーク部の断面部 (Υ )を示し、 Χ=Υとなっている。

園 12]本発明における磁石部に対する鉄ヨーク部の断面積比 (横軸）と鉄ヨーク部の 最適給粉比 (縦軸)の相関を示す図である。

[図 13]本発明における圧縮成形体の熱硬化処理後のヤング率 (横軸）と、圧縮成形 体の熱硬化処理後のスプリングバック量 (左縦軸）、および鉄基アモルファス合金粉 末の添加率 (右縦軸）の相関を示す図である。

園 14]本発明における鉄基アモルファス合金粉末の添加率 (横軸）と、圧縮成形体の 熱硬化処理後のスプリングバック量（縦軸）の相関を示す図である。

Claims

請求の範囲

[1] 結合材を含む磁石粉末と結合材を含むアトマイズ鉄粉とが、互いが接触して形成 する接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形された鉄ヨーク一体のボンド 磁石において、

鉄ヨーク部とボンド磁石部を各々個別に圧縮成形して加圧方向の厚みを揃える場 合の基準量に対して、鉄ヨークの基準量が 1〜20質量％大きレ、、鉄ヨーク一体のボ ンド磁石。

[2] 結合材を含む磁石粉末と結合材を含む軟磁性粉末とが、互レ、が接触して形成する 接合面においてかみ合う状態で一体的に圧縮成形された軟磁性ヨーク一体のボンド 磁石において、

軟磁性ヨーク部のヤング率力 ボンド磁石部のヤング率の 100〜120%である、軟 磁性ヨーク一体のボンド磁石。

[3] 軟磁性ヨーク部とボンド磁石部を各々個別に圧縮成形して加圧方向の厚みを揃え る場合の基準量に対して、軟磁性ヨークの質量が、 10質量％以下の範囲で大きい請 求項 2に記載された軟磁性ヨーク一体のボンド磁石。

[4] 軟磁性粉末が、アトマイズ鉄粉と、珪素鉄、鉄基アモルファス合金、ナノ結晶軟磁性 材料、ステンレス鋼、铸鉄の材料からなる群から選ばれる 1種又は 2種以上の材料か らなる粉末 3〜 30質量％とを含む請求項 2に記載された軟磁性ヨーク一体のボンド 磁石。

[5] 軟磁性粉末が、アトマイズ鉄粉と Si、 Si〇、 SiC、 Al O、 MgOの粉末からなる群か

2 2 3

ら選ばれる 1種又は 2種以上の粉末 3〜30質量％とを含む請求項 2に記載された軟 磁性ヨーク一体のボンド磁石。

[6] 軟磁性粉末が、アトマイズ鉄粉と、 Cr、 Mo、 V、 W、 Coの各元素からなる群から選 ばれる 1種又は 2種以上の元素を含む鉄系の合金粉末に絶縁処理を施した粉末 3〜

30質量％とを含む請求項 2に記載された軟磁性ヨーク一体のボンド磁石。

[7] 請求項 2から請求項 6までのレ、ずれ力 1項に記載された軟磁性ヨーク一体のボンド 磁石を備えてレ、るモータ用磁石回転子。

[8] 界磁卷線を有する固定子と、該固定子が形成する回転磁界に応じて回転する回転 子とを備えたモータであり、前記回転子は請求項 7に記載されたモータ用磁石回転 子である、モータ。