WO2024024005A1 - 磁石およびモータロータ - Google Patents

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幸嗣 上山
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三菱電機株式会社
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    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the present disclosure relates to an Sm--Co magnet and a motor rotor equipped with this magnet.
  • IPM interior permanent magnet
  • Rare earth magnets are sometimes used as magnets for IPM motors.
  • a rare earth magnet as a magnet for an IPM motor, it is desirable to use an Sm--Co magnet as disclosed in Patent Document 1 from the viewpoint of suppressing demagnetization of the magnet.
  • Sm--Co magnets are formed by solid-phase sintering, they have lower strength than Nd--Fe--B magnets, which are also rare earth magnets and are formed by liquid-phase sintering. Therefore, when using Sm-Co magnets as magnets for high-speed IPM motors installed in automobiles, aircraft, etc., Sm-Co magnets must be Cracking and chipping of Co-based magnets may occur. If cracks or chips occur in the Sm--Co magnet, there is a problem in that it causes poor conduction or rotation of the motor.
  • Sm-Co magnets have a high coercive force, it is often difficult to magnetize Sm-Co magnets after they have been assembled to the rotor core. It is common practice to magnetize -Co-based magnets. When a magnetized Sm-Co magnet is assembled into a rotor core, it comes into contact with the rotor core due to the attractive and repulsive forces of the Sm-Co magnet, and an unexpected shock is applied to the Sm-Co magnet. , cracking and chipping of Sm--Co magnets may occur. As a result, the Sm--Co magnet is assembled into the rotor core with potential damage, causing problems such as conduction failure of the motor and rotation failure of the motor.
  • Patent Document 1 does not consider increasing the strength of the Sm-Co magnet, it is possible that the effect of suppressing cracking and chipping of the Sm-Co magnet is insufficient. be.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and aims to provide an Sm--Co magnet that can suppress the occurrence of cracks and chips.
  • a magnet according to the present disclosure is an Sm-Co magnet whose surface is covered with a metal plating film, and the hydrogen content in the magnet is lower than the metal plating film.
  • the amount is 3.0 wtppm or less based on the weight of the magnet with the coating removed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the motor rotor according to the first embodiment, the motor rotor being cut in a direction perpendicular to the central axis;
  • FIG. A cross-sectional view schematically showing a magnet according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a motor rotor 1 according to a first embodiment, and is a cross-sectional view of the motor rotor 1 taken in a direction perpendicular to a central axis C.
  • the motor rotor 1 includes a rotor core 2 and magnets 3.
  • the rotor core 2 is formed into a cylindrical shape having a central axis C.
  • the direction parallel to the central axis C will be referred to as the axial direction
  • the direction perpendicular to the central axis C will be referred to as the radial direction
  • the direction of rotation around the central axis C will be referred to as the circumferential direction. do.
  • a shaft (not shown) is connected to the center of the rotor core 2.
  • the center axis C of the rotor core 2 and the shaft are coaxially provided.
  • the rotor core 2 is rotatable about a central axis C as a rotation axis.
  • the rotor core 2 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates.
  • the material of the electromagnetic steel sheet is not particularly limited as long as it is a soft magnetic material, but it is preferably cast iron, silicon steel sheet, Fe--Co alloy represented by permendur, amorphous magnetic material, etc.
  • the material of the electromagnetic steel sheet is preferably a silicon steel sheet subjected to silicon-based insulation treatment from the viewpoint of easy availability. Depending on the adjustment of magnetic properties, two or more types of materials may be used in combination for the electromagnetic steel sheet.
  • the electromagnetic steel sheet may be a non-oriented magnetic steel sheet or a oriented magnetic steel sheet.
  • the thickness of the electromagnetic steel sheet is, for example, preferably in the range of 20 ⁇ m to 500 ⁇ m, and more preferably in the range of 100 ⁇ m to 350 ⁇ m from the viewpoint of practicality and productivity.
  • the surface of the electrical steel sheet may be in any state. Since the electromagnetic steel plates are laminated with an adhesive, the surface of the electromagnetic steel plates may be coated. For example, the surface of the electromagnetic steel sheet may be coated with a coating for the purpose of insulation and corrosion prevention. Note that the surface of electrical steel sheets has a thin layer of press oil for processing and anti-rust oil for rust prevention, so either remove these oils or use an adhesive that has less effect on the adhesion between electrical steel sheets. It is preferable to select
  • a plurality of magnet slots 2a are formed in the rotor core 2. Although the number of magnet slots 2a is eight in this embodiment, it may be changed as appropriate.
  • the plurality of magnet slots 2a are spaced apart from each other at equal angles along the circumferential direction of the rotor core 2.
  • the magnet 3 is arranged within the magnet slot 2a.
  • the magnet 3 is arranged in each of the plurality of magnet slots 2a.
  • the magnet 3 is embedded inside the rotor core 2.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the magnet 3 according to the first embodiment.
  • the magnet 3 is not particularly limited as long as it is an Sm--Co magnet.
  • the magnet 3 may be, for example, a SmCo5-based magnet or a Sm2Co17-based magnet.
  • the main composition of the magnet 3 is Sm and Co, it is preferable that one or more of Fe, Zr, and Cu is included as an additive.
  • the cross-sectional shape of the magnet 3 is not particularly limited, it is rectangular in this embodiment.
  • the size of the magnet 3 is not particularly limited. In order to suppress heat generation due to eddy current during rotation of a motor (not shown), a plurality of small magnets 3 may be prepared and used in a bundled state.
  • the surface of the magnet 3 is covered with a metal plating film 3a.
  • the entire surface of the magnet 3 is covered with a metal plating film 3a.
  • the metal plating film 3a has a two-layer structure in this embodiment, and includes a first metal plating film 3b and a second metal plating film 3c.
  • the first metal plating film 3b directly covers the surface of the magnet 3.
  • the second metal plating film 3c directly covers the surface of the first metal plating film 3b.
  • the second metal plating film 3c indirectly covers the surface of the magnet 3 via the first metal plating film 3b.
  • the metal plating film 3a has toughness and functions to suppress cracking and chipping of the magnet 3.
  • the Vickers hardness of the metal plating film 3a is preferably 200 HV or more and 800 HV or less.
  • the Vickers hardness of the metal plating film 3a is more preferably 700 HV or less in consideration of the balance between the adhesion between the metal plating film 3a and the magnet 3 and the toughness of the metal plating film 3a.
  • the thickness T of the metal plating film 3a is preferably 3 ⁇ m or more, more preferably 5 ⁇ m or more. If the thickness T of the metal plating film 3a is less than 3 ⁇ m, the effect of suppressing cracking and chipping of the magnet 3 may be reduced.
  • the upper limit of the thickness T of the metal plating film 3a is preferably about 40 ⁇ m. Note that as the thickness T of the metal plating film 3a increases, the internal stress of the metal plating film 3a increases. As a result, there is a possibility that the metal plating film 3a itself is likely to crack and peel.
  • the thickness T of the metal plating film 3a at the corners of the magnet 3 is thicker than the thickness T of the metal plating film 3a on other parts of the magnet 3. A so-called dogbone phenomenon may occur, and the effect of suppressing cracking and chipping of the magnet 3 may be reduced. Therefore, the thickness T of the metal plating film 3a is preferably 25 ⁇ m or less.
  • the metal plating film 3a is not particularly limited as long as it can suppress cracking and chipping of the magnet 3 and the metal plating film 3a itself has toughness that makes it difficult to break.
  • the metal plating film 3a includes, for example, a Ni plating film, a plating film forming an alloy with Ni, a Ni oxide film, a Ni boride film, a Cr plating film, a plating film forming an alloy with Cr, a Cu plating film, and a plating film forming an alloy with Cu.
  • it is a plating film that forms an alloy, or an electroless Ni--P plating film.
  • Examples of the plating film that forms an alloy with Ni include Zn-Ni alloy plating film, Ni-Cu alloy plating film, Ni-Cr alloy plating film, Ni-Fe alloy plating film, and Sn-Ni alloy plating film.
  • Examples of the plating film that forms an alloy with Cr include a Sn-Cr alloy plating film and a Sn-Cr-Ni alloy plating film.
  • Examples of the plating film that forms an alloy with Cu include a Sn-Cu alloy plating film and a Sn-Cu-Ni alloy plating film.
  • the first metal plating film 3b is a plating film that provides adhesion to the magnet 3 and can be plated onto the magnet 3 in a short time so as not to increase the amount of hydrogen storage.
  • a plating film include a cyan Cu plating film and a strike Ni plating film.
  • the first metal plating film 3b and the second metal plating film 3c are different types of plating films.
  • the metal plating film 3a is two layers including the first metal plating film 3b and the second metal plating film 3c in this embodiment, but it may be one layer or three or more layers. Good too. That is, the metal plating film 3a may have two or more layers as long as peeling between the films does not occur.
  • the metal plating film 3a As a method for forming the metal plating film 3a, for example, there is a dry coating method.
  • the dry coating method include an ion plating method, a plasma CVD method, and a vacuum evaporation method, with the ion plating method being preferred.
  • the ionization method in the ion plating method may be appropriately selected from known methods such as arc discharge, glow discharge, hollow cathode discharge, and high frequency discharge.
  • the hydrogen content in the magnet 3 is 3.0 wtppm or less based on the weight of the magnet 3 with the metal plating film 3a removed.
  • the amount of hydrogen generated is the amount of hydrogen generated when the magnet 3 with the metal plating film 3a removed is heated from room temperature to 1000°C.
  • the weight of the magnet 3 is the weight of the magnet 3 with the metal plating film 3a removed.
  • the hydrogen content in the magnet 3 can be analyzed with a gas chromatograph mass spectrometer. The hydrogen content in the magnet 3 can be adjusted by, for example, the plating time, voltage application conditions, chemical concentration, energization method, and bubbling to avoid hydrogen being sucked into the magnet 3.
  • the magnet 3 shown in FIG. 2 is an Sm--Co magnet whose surface is covered with a metal plating film 3a, and the hydrogen content in the magnet 3 is determined by the amount of hydrogen content that is determined by the removal of the metal plating film 3a. It is 3.0 wtppm or less with respect to the weight of the magnet 3 in the state. In this way, it is possible to obtain a Sm--Co based magnet 3 with higher strength than the conventional one, so that cracking and chipping of the Sm--Co based magnet 3 can be suppressed.
  • the thickness T of the metal plating film 3a shown in FIG. 2 is 5 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less, and the Vickers hardness of the metal plating film 3a is 200 HV or more and 800 HV or less. In this way, since the metal plating film 3a exhibits a function of suppressing cracks and chips in the magnet 3, cracks and chips in the magnet 3 can be further suppressed.
  • a Sm--Co based magnet alloy was coarsely ground in a Brown mill, and then ground in a jet mill using a nitrogen stream.
  • the resulting fine powder was molded in a magnetic field using a magnetic field press machine.
  • the molded product thus obtained was sintered at a temperature of 1170°C in an argon gas atmosphere using a heat treatment furnace, and solution treatment was performed at a temperature of 1155°C. Thereafter, the molded product that had been rapidly cooled and subjected to solution treatment was held at a temperature of 800°C in an argon gas atmosphere, and then slowly cooled to a temperature of 400°C to obtain a magnet.
  • the magnet thus obtained was cut into 7 mm x 22 mm x 43 mm.
  • Example 1 Before plating the magnet, the magnet was chamfered. Thereafter, the magnet was cleaned, and a strike cyan Cu plating film with a thickness of 0.8 ⁇ m was formed as the first layer on the surface of the magnet by electrolytic plating, followed by an electroless Ni-plating film with a thickness of 9.5 ⁇ m. A P plating film was formed as the second layer.
  • Example 2 Before plating the magnet, the magnet was chamfered. After that, the magnet was cleaned, and a strike cyan Cu plating film with a thickness of 1.2 ⁇ m was formed as the first layer on the surface of the magnet by electrolytic plating, followed by a semi-bright Ni plating with a thickness of 8.5 ⁇ m. A coating was formed as a second layer.
  • Example 3 Before plating the magnet, the magnet was chamfered. After that, a Cu plating film with a thickness of 0.7 ⁇ m is formed as a first layer on the surface of the magnet by vacuum deposition, and then an electroless Ni-P plating film with a thickness of 12 ⁇ m is formed as a second layer. did.
  • Example 4 The structure was the same as in Example 2 except that the dimensions of the magnet were changed to 22 mm x 10 mm x 7 mm.
  • Example 5 A magnet with the same dimensions as in Example 4 was used, and a metal plating film was formed on the surface of the magnet by ion plating. That is, a Ni plating film was formed on the surface of the magnet in a vacuum using a 99.9% Ni target. Specifically, after a magnet was placed in a vacuum chamber, the vacuum chamber was evacuated to 1.5 ⁇ 10 ⁇ 5 Torr, and the magnet was heated at a temperature of 320° C. using an internal heater. Subsequently, after holding the magnet at a temperature of 320° C. for 2 hours, argon gas was introduced into the vacuum chamber so that the pressure inside the vacuum chamber was 0.04 Torr, and ion bombardment treatment at ⁇ 750 V was performed for 45 minutes.
  • a film was formed on the magnet while evaporating the Ni target using an electron beam.
  • the Ni target was evaporated while applying a voltage of -800V, and for the next 43 minutes, the Ni target was evaporated while applying a voltage of -250V to form a Ni plating film on the magnet.
  • the electron beam to the Ni target was stopped for 15 minutes to perform a cooling operation to cool the Ni target. This film forming operation and cooling operation were performed alternately, and the film forming operation was performed three times in total, ie, for a total of 150 minutes.
  • the magnet in the vacuum chamber was reversed, and the same film forming operation and cooling operation were performed until the Ni plating film was deposited on the opposite side of the magnet surface.
  • a Ni plating film having a thickness of 6.8 ⁇ m was formed on the surface of the magnet.
  • the magnet Before plating the magnet, the magnet was chamfered. After that, the magnet was cleaned, and a strike Ni plating film with a thickness of 3 ⁇ m was formed as the first layer on the surface of the magnet by electrolytic plating, and then a Cu plating film with a thickness of 3 ⁇ m was formed as the second layer. A semi-bright Ni plating film having a thickness of 7 ⁇ m was formed as the third layer by electrolytic plating.
  • the Cu plating film was formed in an EDTA bath. Note that the EDTA bath is a plating bath in which a film is formed using copper ions chelated with ethylenediaminetetraacetic acid.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a drop impact resistance test of the magnet 3.
  • a flat iron plate 4 prepares a flat iron plate 4 and place it above the iron plate 4 so that the 22 mm x 43 mm surface or the 22 mm x 10 mm surface of the magnet 3 is parallel to the iron plate 4.
  • the magnet 3 was held at a position 10 cm away, and the magnet 3 was allowed to naturally fall toward the iron plate 4.
  • an SS400 steel plate with a thickness of 6 mm was used.
  • three magnets each of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were prepared, and each magnet was dropped multiple times. Magnets that cracked after being dropped five times or less were rejected.
  • the Vickers hardness was measured using a micro Vickers hardness meter when a load of 0.05 kgf was applied to the magnet for 15 seconds. In the measurement of Vickers hardness, a magnet whose surface was covered with a metal plating film or an epoxy resin was used.
  • Table 1 shows the evaluation results for Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3.
  • the hydrogen content of the magnet of Example 1 was 2.4 wtppm
  • the hydrogen content of the magnet of Example 2 was 2.9 wtppm
  • the hydrogen content of the magnet of Example 3 was 2.7 wtppm
  • the hydrogen content of the magnet of Example 3 was 2.7 wtppm.
  • the hydrogen content of the magnet of Example 4 was 2.6 wtppm
  • the hydrogen content of the magnet of Example 5 was 2.0 wtppm.
  • the hydrogen content of the magnet of Comparative Example 1 was 3.3 wtppm
  • the hydrogen content of the magnet of Comparative Example 2 was 3.5 wtppm
  • the hydrogen content of the magnet of Comparative Example 3 was 1.8 wtppm.
  • Examples 1 to 5 there were no magnets that broke when dropped five times or less, but in Comparative Examples 1 to 3, many magnets broke when dropped five times or less. Specifically, in each of Examples 1 to 5, all three magnets were not broken when the number of drops was 5 or less. On the other hand, in Comparative Example 1, two of the three magnets were broken when the number of drops was 5 or less, and in each of Comparative Examples 2 and 3, all three magnets were broken when the number of drops was 5 or less.
  • the Vickers hardness of the magnet of Example 1 is 465 HV
  • the Vickers hardness of the magnet of Example 2 is 390 HV
  • the Vickers hardness of the magnet of Example 3 is 650 HV
  • the Vickers hardness of the magnet of Example 4 is 410 HV
  • Example The Vickers hardness of the magnet No. 5 was 210HV.
  • the Vickers hardness of the magnet of Comparative Example 1 was 400 HV
  • the Vickers hardness of the magnet of Comparative Example 2 was 350 HV
  • the Vickers hardness of the magnet of Comparative Example 3 could not be measured.
  • the configuration shown in the above embodiments is an example, and it is possible to combine it with another known technology, and a part of the configuration can be omitted or changed without departing from the gist. It is possible.

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Abstract

磁石（３）は、表面が金属メッキ被膜（３ａ）で覆われたＳｍ－Ｃｏ系の磁石（３）であって、磁石（３）中の水素含有量は、金属メッキ被膜（３ａ）が剥がされた状態の磁石（３）の重量に対して３．０ｗｔｐｐｍ以下である。

Description

磁石およびモータロータ
　本開示は、Ｓｍ－Ｃｏ系の磁石、この磁石を備えるモータロータに関する。
　近年、自動車、航空機などに搭載されるモータの電動化が進んでおり、モータロータに磁石が埋め込まれた埋込磁石型（Interior　Permanent　Magnet：ＩＰＭ）のモータが自動車、航空機などに多用されている。以下、埋込磁石型のモータをＩＰＭモータと称する。
　ＩＰＭモータの磁石には、希土類磁石が使用されることがある。ＩＰＭモータの磁石に希土類磁石を使用する場合には、磁石の減磁を抑制する観点から、特許文献１に開示されているようなＳｍ－Ｃｏ系の磁石を使用することが望ましい。
特開２０１０－３４５２２号公報
　Ｓｍ－Ｃｏ系の磁石は、固相焼結により形成されるため、同じ希土類磁石であって液相焼結により形成されるＮｄ－Ｆｅ－Ｂ系の磁石よりも強度が低い。そのため、自動車、航空機などに搭載される回転数の高いＩＰＭモータの磁石にＳｍ－Ｃｏ系の磁石を使用する場合には、冷熱サイクル、モータの回転のオンオフなどに伴う機械的な負荷によるＳｍ－Ｃｏ系の磁石の割れおよび欠けが生じる可能性がある。Ｓｍ－Ｃｏ系の磁石の割れおよび欠けが生じると、モータの導通不良を引き起こしたり、モータの回転不良を引き起こしたりするという問題がある。
　また、Ｓｍ－Ｃｏ系の磁石は保磁力が高いため、ロータコアに組み付けた後にＳｍ－Ｃｏ系の磁石を着磁することが難しいケースも多く、ロータコアにＳｍ－Ｃｏ系の磁石を組み付ける前にＳｍ－Ｃｏ系の磁石を着磁することが一般的に行われている。着磁したＳｍ－Ｃｏ系の磁石をロータコアに組み付ける際には、Ｓｍ－Ｃｏ系の磁石の吸引力および反発力によってロータコアと接触して、不測の衝撃がＳｍ－Ｃｏ系の磁石に加わってしまい、Ｓｍ－Ｃｏ系の磁石の割れおよび欠けが生じる可能性がある。これにより、Ｓｍ－Ｃｏ系の磁石が潜在的な損傷を有したままロータコアに組み付けられ、モータの導通不良を引き起こしたり、モータの回転不良を引き起こしたりするという問題がある。
　しかしながら、特許文献１には、Ｓｍ－Ｃｏ系の磁石の強度を高めることについて考慮されていないため、Ｓｍ－Ｃｏ系の磁石の割れおよび欠けの発生を抑制する効果が不十分である可能性がある。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、割れおよび欠けの発生を抑制できるＳｍ－Ｃｏ系の磁石を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる磁石は、表面が金属メッキ被膜で覆われたＳｍ－Ｃｏ系の磁石であって、磁石中の水素含有量は、金属メッキ被膜が剥がされた状態の磁石の重量に対して３．０ｗｔｐｐｍ以下である。
　本開示によれば、割れおよび欠けの発生を抑制できるＳｍ－Ｃｏ系の磁石を得られるという効果を奏する。
実施の形態１にかかるモータロータを示した断面図であって、モータロータを中心軸と直交する方向で切った断面図 実施の形態１にかかる磁石を模式的に示した断面図 磁石の落下衝撃耐性試験の様子を模式的に示した図
　以下に、実施の形態にかかる磁石およびモータロータを図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１にかかるモータロータ１を示した断面図であって、モータロータ１を中心軸Ｃと直交する方向で切った断面図である。モータロータ１は、ロータコア２と、磁石３とを備えている。ロータコア２は、中心軸Ｃを有する円筒形状に形成されている。以下、モータロータ１の各構成要素について方向を説明するときには、中心軸Ｃと平行な方向を軸方向、中心軸Ｃと直交する方向を半径方向、中心軸Ｃを中心とする回転方向を周方向とする。
　ロータコア２の中心には、図示しないシャフトが連結される。ロータコア２の中心軸Ｃとシャフトとは、同軸に設けられる。ロータコア２は、中心軸Ｃを回転軸として回転可能である。ロータコア２は、複数枚の電磁鋼板が積層されることによって形成されている。
　電磁鋼板の材料は、軟磁性材料であれば特に制限されないが、鋳鉄、珪素鋼板、パーメンジュールに代表されるＦｅ－Ｃｏ系合金、非晶質磁性体などであることが好ましい。電磁鋼板の材料は、入手容易性の観点からシリコン系の絶縁処理が施された珪素鋼板であることがより好ましい。磁気特性の調整次第で、電磁鋼板の材料として２種類以上の材料が併用されてもよい。電磁鋼板は、無方向性の磁性鋼板であってもよいし、方向性の磁性鋼板であってもよい。電磁鋼板の厚さは、例えば、２０μｍ～５００μｍまでの範囲であることが好ましく、実用性および生産性の観点から１００μｍ～３５０μｍまでの範囲であることがより好ましい。
　電磁鋼板の表面は、どのような状態であってもよい。電磁鋼板同士は接着剤を介して積層されるため、電磁鋼板の表面にコーティングがなされていてもよい。例えば、電磁鋼板の表面には、絶縁および防食を目的としたコーティングがなされていてもよい。なお、電磁鋼板の表面には加工用のプレス油、錆止めのための防錆油などが薄く付着しているため、これらの油を取り除くか、または、電磁鋼板同士の接着に影響の少ない接着剤を選定することが好ましい。
　ロータコア２には、複数の磁石用スロット２ａが形成されている。磁石用スロット２ａの数は、本実施の形態では８個であるが、適宜変更してもよい。複数の磁石用スロット２ａは、ロータコア２の周方向に沿って等角度で離れて配置されている。磁石３は、磁石用スロット２ａ内に配置されている。磁石３は、複数の磁石用スロット２ａのそれぞれに配置されている。磁石３は、ロータコア２の内部に埋め込まれている。
　図２は、実施の形態１にかかる磁石３を模式的に示した断面図である。磁石３は、Ｓｍ－Ｃｏ系の磁石であれば特に制限されない。磁石３は、例えば、ＳｍＣｏ５系磁石であってもよいし、Ｓｍ２Ｃｏ１７系磁石であってもよい。磁石３の主組成はＳｍおよびＣｏであるが、添加材としてＦｅ、Ｚｒ、Ｃｕのいずれか１つ以上が含まれていることが好ましい。磁石３の断面形状は、特に制限されないが、本実施の形態では矩形である。磁石３の大きさは、特に制限されない。図示しないモータの回転時の渦電流による発熱を抑制するために、小型の磁石３を複数用意して、複数の磁石３が束ねられた状態で使用されてもよい。
　磁石３の表面は、金属メッキ被膜３ａで覆われている。磁石３の表面全体が金属メッキ被膜３ａで覆われている。金属メッキ被膜３ａは、本実施の形態では２層構造であり、第１の金属メッキ被膜３ｂと第２の金属メッキ被膜３ｃとを含んでいる。第１の金属メッキ被膜３ｂは、磁石３の表面を直接覆っている。第２の金属メッキ被膜３ｃは、第１の金属メッキ被膜３ｂの表面を直接覆っている。第２の金属メッキ被膜３ｃは、第１の金属メッキ被膜３ｂを介して、磁石３の表面を間接的に覆っている。
　金属メッキ被膜３ａは、強靭性を有し、磁石３の割れおよび欠けを抑制する機能を発揮する。金属メッキ被膜３ａのビッカース硬さは、２００ＨＶ以上８００ＨＶ以下であることが好ましい。金属メッキ被膜３ａのビッカース硬さは、金属メッキ被膜３ａと磁石３との密着性および金属メッキ被膜３ａの強靭性の両方のバランスを考慮すると７００ＨＶ以下であることがより好ましい。
　金属メッキ被膜３ａの厚さＴは、３μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましい。金属メッキ被膜３ａの厚さＴが３μｍ未満であると、磁石３の割れおよび欠けを抑制する効果が低下するおそれがある。金属メッキ被膜３ａの厚さＴの上限は、４０μｍ程度であることが好ましい。なお、金属メッキ被膜３ａの厚さＴが厚くなるほど、金属メッキ被膜３ａの内部応力が増してしまう。その結果、金属メッキ被膜３ａ自体の割れおよび剥離が発生しやすくなるおそれがある。また、電解メッキで金属メッキ被膜３ａが形成される場合には、磁石３の角部における金属メッキ被膜３ａの厚さＴが磁石３の他の部分の金属メッキ被膜３ａの厚さＴよりも厚くなる、いわゆるドッグボーン現象が生じてしまい、磁石３の割れおよび欠けを抑制する効果が低下するおそれがある。そのため、金属メッキ被膜３ａの厚さＴは、２５μｍ以下であることが好ましい。
　金属メッキ被膜３ａは、磁石３の割れおよび欠けを抑制可能であってかつ金属メッキ被膜３ａ自体が割れにくい強靭性を有すれば、特に制限されない。金属メッキ被膜３ａは、例えば、Ｎｉメッキ被膜、Ｎｉと合金を形成するメッキ被膜、Ｎｉ酸化物被膜、Ｎｉホウ化物被膜、Ｃｒメッキ被膜、Ｃｒと合金を形成するメッキ被膜、Ｃｕメッキ被膜、Ｃｕと合金を形成するメッキ被膜、無電解Ｎｉ－Ｐメッキ被膜であることが好ましい。Ｎｉと合金を形成するメッキ被膜としては、例えば、Ｚｎ－Ｎｉ合金メッキ被膜、Ｎｉ－Ｃｕ合金メッキ被膜、Ｎｉ－Ｃｒ合金メッキ被膜、Ｎｉ－Ｆｅ合金メッキ被膜、Ｓｎ－Ｎｉ合金メッキ被膜が挙げられる。Ｃｒと合金を形成するメッキ被膜としては、例えば、Ｓｎ－Ｃｒ合金メッキ被膜、Ｓｎ－Ｃｒ－Ｎｉ合金メッキ被膜が挙げられる。Ｃｕと合金を形成するメッキ被膜としては、例えば、Ｓｎ－Ｃｕ合金メッキ被膜、Ｓｎ－Ｃｕ－Ｎｉ合金メッキ被膜が挙げられる。第１の金属メッキ被膜３ｂは、磁石３との密着性が得られるメッキ被膜であってかつ水素吸蔵量が多くならないように短時間で磁石３にメッキ可能なメッキ被膜であることが好ましい。このようなメッキ被膜としては、例えば、シアンＣｕメッキ被膜、ストライクＮｉメッキ被膜が挙げられる。
　第１の金属メッキ被膜３ｂと第２の金属メッキ被膜３ｃとは、互いに異なる種類のメッキ被膜である。金属メッキ被膜３ａは、本実施の形態では第１の金属メッキ被膜３ｂと第２の金属メッキ被膜３ｃとを含む２層であるが、１層であってもよいし、３層以上であってもよい。すなわち、金属メッキ被膜３ａは、被膜間の剥がれが生じない限り、２層以上の複数層でもよい。
　金属メッキ被膜３ａの形成方法としては、例えば、乾式コーティング方法がある。乾式コーティング方法としては、イオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法、真空蒸着法などがあり、イオンプレーティング法が好ましい。イオンプレーティング法におけるイオン化の方法は、アーク放電、グロー放電、ホロカソード放電、高周波放電などの公知の方法の中から適宜選択すればよい。
　磁石３中の水素含有量は、金属メッキ被膜３ａが剥がされた状態の磁石３の重量に対して３．０ｗｔｐｐｍ以下である。磁石３中の水素含有量は、以下の式（１）で求められる。
　磁石中の水素含有量＝（発生した水素の重量／磁石の重量）×１０６・・・（１）
　前記の式（１）で、発生した水素の量は、金属メッキ被膜３ａが剥がされた状態の磁石３を常温から１０００℃まで加熱したときに発生する水素の量である。前記の式（１）で、磁石３の重量は、金属メッキ被膜３ａが剥がされた状態の磁石３の重量である。磁石３中の水素含有量は、ガスクロマトグラフ質量分析計で分析することができる。磁石３中の水素含有量は、例えば、メッキを行う時間、電圧をかける条件、薬液の濃度、通電方法、バブリングを行って水素が磁石３に吸い込まれることを回避することで調整できる。
　次に、本実施の形態にかかる磁石３の効果について説明する。
　本実施の形態では、図２に示される磁石３は表面が金属メッキ被膜３ａで覆われたＳｍ－Ｃｏ系の磁石であって、磁石３中の水素含有量は金属メッキ被膜３ａが剥がされた状態の磁石３の重量に対して３．０ｗｔｐｐｍ以下である。このようにすると、従来よりも強度が高いＳｍ－Ｃｏ系の磁石３を得られるため、Ｓｍ－Ｃｏ系の磁石３の割れおよび欠けを抑制することができる。これにより、自動車、航空機などに搭載される回転数の高いＩＰＭモータの磁石にＳｍ－Ｃｏ系の磁石３を使用した場合であっても、冷熱サイクル、モータの回転のオンオフなどに伴う機械的な負荷によるＳｍ－Ｃｏ系の磁石３の割れおよび欠けを抑制することができる。また、着磁したＳｍ－Ｃｏ系の磁石３をロータコア２に組み付ける際に、Ｓｍ－Ｃｏ系の磁石３の吸引力および反発力によってロータコア２と接触して、不測の衝撃がＳｍ－Ｃｏ系の磁石３に加わった場合であっても、Ｓｍ－Ｃｏ系の磁石３の割れおよび欠けを抑制することができる。
　本実施の形態では、図２に示される金属メッキ被膜３ａの厚さＴは、５μｍ以上２５μｍ以下であり、金属メッキ被膜３ａのビッカース硬さは、２００ＨＶ以上８００ＨＶ以下である。このようにすると、金属メッキ被膜３ａが磁石３の割れおよび欠けを抑制する機能を発揮するため、磁石３の割れおよび欠けをより一層抑制することができる。
　次に、実施例および比較例により、本開示の効果について更に説明する。
（磁石）
　Ｓｍ－Ｃｏ系の磁石の合金をブラウンミルで粗粉砕した後、チッソ気流によるジェットミルで粉砕した。これにより得られた微細粉末を、磁界中プレス機を用いて磁界中で成形した。これにより得られた成形物を、熱処理炉を用いてアルゴンガス雰囲気下で１１７０℃の温度で焼結して１１５５℃の温度で溶体化処理を行った。その後、急冷し、溶体化処理を行った成形物をアルゴンガス雰囲気下で８００℃の温度で保持し、その後４００℃の温度まで徐冷することにより磁石を得た。このようにして得られた磁石を７ｍｍ×２２ｍｍ×４３ｍｍに切断した。
（実施例１）
　前記の磁石にメッキを施す前に、磁石にＣ面取りを行った。その後、磁石の洗浄を行い、厚さが０．８μｍであるストライクシアンＣｕメッキ被膜を第１層目として磁石の表面に電解メッキで形成した後、厚さが９．５μｍである無電解Ｎｉ－Ｐメッキ被膜を第２層目として形成した。
（実施例２）
　前記の磁石にメッキを施す前に、磁石にＣ面取りを行った。その後、磁石の洗浄を行い、厚さが１．２μｍであるストライクシアンＣｕメッキ被膜を第１層目として磁石の表面に電解メッキで形成した後、厚さが８．５μｍである半光沢Ｎｉメッキ被膜を第２層目として形成した。
（実施例３）
　前記の磁石にメッキを施す前に、磁石にＣ面取りを行った。その後、厚さが０．７μｍであるＣｕメッキ被膜を第１層目として磁石の表面に真空蒸着で形成した後、厚さが１２μｍである無電解Ｎｉ－Ｐメッキ被膜を第２層目として形成した。
（実施例４）
　前記の磁石の寸法を２２ｍｍ×１０ｍｍ×７ｍｍに変更した以外は、実施例２と同じ構成にした。
（実施例５）
　実施例４と同じ寸法の磁石を使用し、イオンプレーティング法で磁石の表面に金属メッキ被膜を形成した。すなわち、９９．９％のＮｉターゲットを使用して真空中で磁石の表面にＮｉメッキ被膜を形成した。具体的には、真空槽内に磁石を投入した後、真空槽内が１．５×１０-５Ｔｏｒｒになるまで排気して内部ヒータで３２０℃の温度で磁石を加熱した。続いて、磁石を３２０℃の温度で２時間保持した後、真空槽内が０．０４Ｔｏｒｒになるように真空槽内にアルゴンガスを導入し、－７５０Ｖのイオンボンバード処理を４５分間行った。続いて、電子ビームによりＮｉターゲットを蒸発させながら磁石への製膜を行った。はじめの７分間は－８００Ｖの電圧を印加しながらＮｉターゲットを蒸発させ、その後４３分間は－２５０Ｖの電圧を印加しながらＮｉターゲットを蒸発させて磁石にＮｉメッキ被膜を形成する製膜作業を合計５０分間行った後、Ｎｉターゲットへの電子ビームを１５分間停止させてＮｉターゲットを冷却する冷却作業を行った。この製膜作業と冷却作業とを交互に行い、製膜作業を合計３回、すなわち合計１５０分間行った。続いて、真空槽内の磁石を反転させて、磁石の表面のうち反対側の部分にもＮｉメッキ被膜が付くまで同じ製膜作業および冷却作業を行った。以上の工程により、厚さが６．８μｍであるＮｉメッキ被膜を磁石の表面に形成した。
（比較例１）
　前記の磁石にメッキを施す前に、磁石にＣ面取りを行った。その後、磁石の洗浄を行い、厚さが３μｍであるストライクＮｉメッキ被膜を第１層目として磁石の表面に電解メッキで形成した後、厚さが３μｍであるＣｕメッキ被膜を第２層目として形成し、厚さが７μｍである半光沢Ｎｉメッキ被膜を第３層目として電解メッキで形成した。Ｃｕメッキ被膜は、ＥＤＴＡ浴で形成した。なお、ＥＤＴＡ浴は、エチレンジアミン四酢酸をキレートとした銅イオンにより製膜するメッキ浴である。
（比較例２）
　前記の磁石にメッキを施す前に、磁石にＣ面取りを行った。その後、磁石の洗浄を行い、厚さが６μｍであるストライクシアンＣｕメッキ被膜を第１層目として磁石の表面に電解メッキで形成した後、厚さが５μｍである無電解Ｎｉ－Ｐメッキ被膜を第２層目として形成した。
（比較例３）
　前記の磁石にメッキを施す前に、磁石にＣ面取りを行った。その後、磁石の洗浄を行い、厚さが２０μｍとなるようにエポキシ樹脂を磁石の表面に塗装した。
（評価）
　実施例１から５および比較例１から３の磁石について、以下に示した試験方法により磁石中の水素含有量の分析、落下衝撃耐性、ビッカース硬さの評価を行った。
［磁石中の水素含有量の分析］
　磁石の表面に付いている金属メッキ被膜またはエポキシ樹脂を機械的に剥がして、磁石の表面を剥き出しにしてからハンマーで磁石を砕き、磁石の材料を１ｇ採取した。その後、採取した材料中の水素含有量をガスクロマトグラフ質量分析計(島津製作所社製「ＧＣＭＳ－ＱＰ２０１０ＳＥ」)にて分析した。具体的には、乾燥したヘリウムガスを５０ｍＬ／ｍｉｎの流量で流しながら、採取した材料を加熱し、採取した材料を常温から１０００℃まで加熱したときに発生した水素の量を分析した。ＧＣマスの感度は、ｇａｉｎ　１．６５ｋＶに設定した。昇温速度は、１０℃／ｍｉｎに設定した。前記したとおり、各磁石の水素含有量は、（発生した水素の重量／磁石の重量）×１０６により求められる。
［落下衝撃耐性］
　図３は、磁石３の落下衝撃耐性試験の様子を模式的に示した図である。図３に示されるように、平らな鉄板４を準備して、磁石３の２２ｍｍ×４３ｍｍの面または２２ｍｍ×１０ｍｍの面が鉄板４と平行になるように、かつ鉄板４の上方に鉄板４から１０ｃｍ離れた位置に磁石３を保持し、磁石３を鉄板４に向けて自然落下させた。鉄板４は、厚さが６ｍｍのＳＳ４００鋼板を用いた。本試験では、実施例１から５および比較例１から３の磁石を３個ずつ用意して、各磁石を複数回落下させた。５回以下の落下で割れが発生した磁石を不合格とした。同じ種類の磁石が３個全て割れなかった場合を「良」とし、同じ種類の磁石が１個でも割れた場合を「否」と評価した。落下衝撃耐性試験では、表面が金属メッキ被膜またはエポキシ樹脂で覆われた磁石を使用した。
［ビッカース硬さ］
　マイクロビッカース硬度計を用いて０．０５ｋｇｆの荷重を磁石に１５秒かけたときのビッカース硬さを測定した。ビッカース硬さの測定では、表面が金属メッキ被膜またはエポキシ樹脂で覆われた磁石を使用した。
　実施例１から５および比較例１から３についての評価結果を表１に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、実施例１の磁石の水素含有量は２．４ｗｔｐｐｍ、実施例２の磁石の水素含有量は２．９ｗｔｐｐｍ、実施例３の磁石の水素含有量は２．７ｗｔｐｐｍ、実施例４の磁石の水素含有量は２．６ｗｔｐｐｍ、実施例５の磁石の水素含有量は２．０ｗｔｐｐｍであった。一方、比較例１の磁石の水素含有量は３．３ｗｔｐｐｍ、比較例２の磁石の水素含有量は３．５ｗｔｐｐｍ、比較例３の磁石の水素含有量は１．８ｗｔｐｐｍであった。
　実施例１から５では落下回数が５回以下で割れる磁石はなかったが、比較例１から３では落下回数が５回以下で割れる磁石が多発した。具体的には、実施例１から５のそれぞれでは落下回数が５回以下で３個全ての磁石が割れなかった。一方、比較例１では落下回数が５回以下で３個中２個の磁石が割れ、比較例２，３のそれぞれでは落下回数が５回以下で３個全ての磁石が割れた。
　実施例１の磁石のビッカース硬さは４６５ＨＶ、実施例２の磁石のビッカース硬さは３９０ＨＶ、実施例３の磁石のビッカース硬さは６５０ＨＶ、実施例４の磁石のビッカース硬さは４１０ＨＶ、実施例５の磁石のビッカース硬さは２１０ＨＶであった。一方、比較例１の磁石のビッカース硬さは４００ＨＶ、比較例２の磁石のビッカース硬さは３５０ＨＶ、比較例３の磁石のビッカース硬さは測定不可能であった。
　表１から明らかなように、表面が金属メッキ被膜で覆われた磁石において水素含有量を２．９ｗｔｐｐｍ以下にした実施例１から５では落下回数が５回以下で割れる磁石はなかった。一方、表面が金属メッキ被膜で覆われた磁石において水素含有量を３．３ｗｔｐｐｍ以上にした比較例１，２では落下回数が５回以下で割れる磁石があった。このことから、表面が金属メッキ被膜で覆われた磁石において水素含有量が少ないほど、磁石に割れが発生しにくいことが分かる。このような結果になった理由は、磁石にメッキを施す際に磁石に吸蔵される水素の量が一定量を超えると、水素が局所的に集積して磁石の潜在的な脆化が進むからであると推察される。
　表面が金属メッキ被膜で覆われた磁石において水素含有量を２．９ｗｔｐｐｍ以下にした実施例１から５では落下回数が５回以下で割れる磁石はなかった。一方、磁石の表面がエポキシ樹脂で塗装された比較例３では磁石の水素含有量が１．８ｗｔｐｐｍであったものの、落下回数が５回以下で３個全ての磁石が割れた。このことから、金属メッキ被膜が、磁石の割れを抑制することに有効であることが分かる。
　以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　モータロータ、２　ロータコア、２ａ　磁石用スロット、３　磁石、３ａ　金属メッキ被膜、３ｂ　第１の金属メッキ被膜、３ｃ　第２の金属メッキ被膜、４　鉄板。

Claims (3)

  1. 　表面が金属メッキ被膜で覆われたＳｍ－Ｃｏ系の磁石であって、
    　前記磁石中の水素含有量は、前記金属メッキ被膜が剥がされた状態の前記磁石の重量に対して３．０ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする磁石。
  2. 　前記金属メッキ被膜の厚さは、５μｍ以上２５μｍ以下であり、
    　前記金属メッキ被膜のビッカース硬さは、２００ＨＶ以上８００ＨＶ以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁石。
  3. 　磁石用スロットが形成されたロータコアと、
    　前記磁石用スロット内に配置される請求項１または２に記載の磁石と、を備えることを特徴とするモータロータ。
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