(57)【要約】【課題】磁石表面に発生する渦電流損失を低減させるために、数個の塗装済み磁石を接着してひとつの磁石を形成する際に、磁石間の絶縁抵抗率を保ちながら、必要な接着強度を維持した磁石を提供する。【解決手段】電解めっきを施した後に接合一体化するための希土類磁石であって、前記希土類磁石の磁石辺部は、面取り又は曲率を設けない磁石辺部とした時の断面形状と比較して０．００９ｍｍ２以上の駄肉部を除いた磁石辺部とすることを特徴とする渦電流損失の低減可能なＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解めっきを施した後に接合一体化するための希土類磁石であって、前記希土類磁石の磁石辺部は、面取り又は曲率を設けない磁石辺部とした時の断面形状と比較して０．００９ｍｍ２以上の駄肉部を除いた磁石辺部とすることを特徴とする渦電流損失の低減可能なＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石。
【請求項２】
前記駄肉部となる断面形状は、０．００９ｍｍ２以上２．０ｍｍ２以下である請求項１に記載の渦電流損失の低減可能なＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石の製造方法。
【請求項３】
前記磁石辺部は、一律な半径Ｒ（Ｒ≧０．２ｍｍ）を持つ形状である請求項１または２に記載の渦電流損失の低減可能なＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石。
【請求項４】
Ｎｉ、Ｃｕ又はそれらを含む合金組成の電解めっきで被覆されたＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石であり、磁石全体の電解めっき被覆層厚のばらつきが３６μｍ以下である渦電流損失の低減可能なＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石。
【請求項５】
電解めっきを施した複数の希土類磁石を接着剤により接合一体化したＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石体であって、希土類磁石間の接着剤層の厚みが全て４７μｍ以下であり、かつ接着剤層の最小の厚みが５〜１５μｍである渦電流損失の低減可能なＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石体。
【請求項６】
前記Ｒ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石体は２〜３０個の希土類磁石を接合一体化したものである請求項５に記載の渦電流損失の低減可能なＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＲ２Ｔ１４Ｂ型金属間化合物（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１種であり、ＴはＦｅまたはＦｅとＣｏである）を主相とするＲ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石にＮｉまたはＣｕめっき膜あるいはその両方を単層または複数層膜の構造で塗装したものにおいて、それらの磁石を接着剤により接合してひとつに形成するためのＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石とそれらを複数接着した磁石体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｒ−Ｔ−Ｂ系焼結磁石（ＲはＹを含む希土類元素の少なくとも１種であり、ＴはＦｅまたはＣｏである）は各種磁石応用分野（家電製品、自動車用部品、船舶用部品、回転モーター、ホ゜ンフ゜、リニアモーター、マイクロガスタービン）で多用されている。これらの分野はいずれも、何らかの形でモーターを使用しており、しかもそのモーター内部には磁石がローター、またはステーター構成部品として用いられている。磁石をローター、またはステーターとして用いると、ローターの回転または移動中に、磁石は対向するコイルから発生する磁束をうけるため、磁束が変化する際に、磁石内に渦電流を発生し、これが熱になることにより、渦電流損失となり、モーターの効率を低下させる。この渦電流損失を低減させるために、特開２０００−２９５８０号公報に見られるように、磁石のコイルに対向する側に溝をいれ、磁石の抵抗を大きくし、渦電流を流れにくくしようという提案や、特開２００１−７８４０２号公報にのべられているように、磁石の裏面と表面のそれぞれの側から、磁石表面に切り込みをいれ、しかもその切り込みは裏面側のものと表面側のものとが、互いに平行にならないようにして、互いに交わるようにすることで、磁石の抵抗値を増大させ、渦電流損失を低減させると言う提案がなされてきた。
【０００３】
一方、「三次元有限要素法による埋め込み磁石構造回転機の磁石中の渦電流解析」（電気学会静止器・回転機合同研資、ＲＭ−００−１５４）に報告されている様に、渦電流損失を低減させるためには、渦電流の流れる導体の体積を縮小させるのが有効な方法であることが知られている。
この観点からみると、磁石表面に部分的な切り込みを設ける方法は、磁石の抵抗を若干あげることはできるが、渦電流の流れる領域を大幅に縮小させることはできないため、渦電流損失を大幅に低減させるための有効な方法とはならない。さらに、Ｒ−Ｔ−Ｂ焼結磁石では、磁石の酸化防止のために磁石表面にＮｉやＣｕ等の塗装を施す必要があるが、この磁石表面の溝部ではこれらの塗膜が均一に磁石表面を覆うことができず、エッジビルドにより部分的に厚い膜が形成されるため、磁石の厚み寸法のばらつき、めっき膜厚ばらつきによる耐食性の部分的な低下を招く。また、特開２００１−７８４０２に述べられている方法では、磁石の表裏に互いに交差する方向で溝を設け、かつ両表面からの溝深さの合計が、両表面間距離の１〜５／３倍となることが記載されている。しかし、溝の交差する部分で磁石厚み方向に貫通するピンホール上の穴を形成することになり、この穴をめっきなどの塗膜により完全にふさぐことはむずかしいと思われる。さらには、磁石に溝をいれる方法は、磁石の機械的強度を低下させることになるため、溝つきの磁石を組み立てる時、着磁を行う時、などに磁石破損による歩留りの低下を招くので、これを防ぐため、磁石の取り扱いをより丁寧慎重におこなう必要が生じる。その結果、磁石のハンドリングコストの増加を招き、大量生産に適した渦電流損失対策法とはならない。したがって、渦電流損失を低減させるためには、やはり、互いに絶縁された磁石を複数個接着して一体化したものを用いることが最も効果のある方法となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし複数個の磁石を接着して一体化した磁石を渦電流損失の低減対策として用いる場合、めっきなどの塗装の仕方により、磁石間の絶縁状態に問題が生じる。すなわち、複数の磁石同士をあらかじめ接着剤で接着した後にめっきを行う工程の場合、接着剤は例えばエポキシ樹脂などの様な高分子の絶縁体であるため、接着層が通電せず、めっき膜が乗らない。したがって、磁石間において接着層とめっき膜の境界部が不連続な構造になり、そこから磁石の腐食が進行する。そこで、個々の磁石１をあらかじめめっきし、表面が完全にめっき層２に覆われた磁石同士を接着剤で接着する必要が生じる（図７）。
ところが、めっき中に磁石の角部に電流密度が集中するため、めっき膜厚が角部において局部的に増大する現象（エッジビルド）が生じる（図７の２ａ）。このため、磁石の平坦な面の中央（図７の２ｂ）と角部２ａの間でめっき膜厚に差が生じる。めっき後の磁石を接着剤で接合した場合、接着層の厚みが接合面上の場所により異なるため（図７の３）、接着強度にばらつきが生じ、接着後に磁石の一部が脱落する問題があった。また接着層の厚みが接着面内の場所によってことなるため、磁石角部などで、磁石間の絶縁抵抗が低下し、部分的に導通してしまう危険性があった。これらを対策するために、磁石の接着面の平坦度を向上させる目的で、めっき後の角部を研磨加工をする試みもあったが、接着面ごとに研磨加工をおこなわなければならず、コストが大幅に増加する。また、加工の仕方によってはめっき膜面に新たな加工傷やピンホールを発生させることもあり、耐食性めっき膜の機械強度や長時間信頼性を低下させる場合も発生していた。
【０００５】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、渦電流損失低減の対策として、ＮｉやＣｕ等からなる電解めっき膜を有するＲ−Ｔ−Ｂ磁石を複数個接合する際に、接着面の平坦度を向上させるための研磨加工をすること無しに、磁石間の接着強度を実用上問題なくするとともに、磁石間の絶縁抵抗を高く維持する接着層を形成することにより、渦電流損失を低減させた一体型磁石を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者は、電解めっきを施した後に接合一体化するための希土類磁石であって、前記希土類磁石の磁石辺部は、面取り又は曲率を設けない磁石辺部とした時の断面形状と比較して０．００９ｍｍ２以上の駄肉部を除いた磁石辺部とするという手法を採用した。めっき前の磁石角部をＲ面取りとして主に検討し、半径を種々変更したＲ−Ｔ−Ｂ系希土類磁石を製作し、電解めっき、接着、はぎ割れ試験を行い、評価をした結果、初めて本発明の構成の有効性が確認されたものである。
【０００７】
ここで、Ｒ面取りとは、磁石の各辺部に面取り半径または曲率を設けて駄肉部を除いた時の辺部の曲面形状を指す。駄肉部とは、図６に示す様に、磁石の外見上のひとつの辺と一般的に見なせる部分において、面取りや曲率を設けずに磁石１の面同士を隣接させる場合の断面形状（図６の点線部）と比較し、成形時の成形形状や、焼結後の加工で面取りや曲率を設けた形状１ａ（図６実線部）とした際の断面積の差に該当する部分１ｂである。
なお駄肉部の形状は図６に示されたような、点線の直線と半径Ｒの弧の一部によって囲まれる断面形状のみを指すのではなく、図８に例示されたように、２本の点線の直線と１本の実線の直線により囲まれる三角形の断面形状をした場合もある（Ｃ面取り）。さらに、このＣ面取りとＲ面取りの間に定義づけられるような、図９に示される面取りの形状で囲まれた駄肉部（図９の４ｂ）もある。すなわち、磁石の角部を複数のＣ面取りを接続させることにより、多角形の外周部のような形状を示す面取りに仕上げ、その全体的な形状はＲ面取り後の形状に類似する場合がある。図９では一例として、４ａ１から４ａ４の４箇所のＣ面取りが接続された形状の面取りとなっているが、Ｃ面取りの個数はこれに限るものではない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施例においては、磁石辺部に半径ＲのＲ面取りを施したものを使用し、被覆した。以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、それら実施例により本発明が限定されるものではない。
磁石角部と磁石平坦部のめっき膜の厚さを測定し、（磁石角部のめっき膜厚／磁石平坦部のめっき膜厚）をめっき膜厚比と定義し、この値とＲ面取りの関係について調べた。その結果、磁石角部のＲ面取り（すなわち駄肉部の断面積：駄肉部の面積Ｓは幾何学的にＳ＝Ｒ２−１／４πＲ２で計算）の半径とめっき膜厚比に相関があることを見つけた。すなわち、磁石角部のＲ面取りの半径が小さくなるほど、めっき膜厚比は大きくなる傾向があった。この傾向はＮｉ−Ｎｉ２層めっき膜の場合（図１）でも、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｎｉ３層めっき膜（図２）でも類似した傾向を示した。
めっき皮膜を持つ磁石同士を接着させた場合、接着層の厚みが磁石角部と平坦部で異なるため、接着層の引き剥がし強度も接着面の状態により異なる。接着層の厚みと引き剥がし強度の関係を調べたところ、磁石角部（めっき膜にエッジビルドが発生している部分）において接着層厚みが５〜１５μｍ、角部のＲ面取りの半径が０．２ｍｍ以上（駄肉部断面積は０．００９ｍｍ２以上）であるならば、接着強度が安定して高いことが見出された。接着層の抵抗値は１０ｅｘｐ（＋１０）ｏｈｍほどあり、短絡などの不良はなかった。
【０００９】
磁石の接合に用いる接着剤は種々あるが、その中で、エポキシ系接着剤を用いることがのぞましい。エポキシ樹脂は、圧縮、延伸によって分子変形しにくい性質を示し、これは硬化時に収縮性が小さいことを意味する。実際に、他の接着剤と収縮率を比較すると、エポキシ系接着剤の硬化収縮率は小さい。表１に常温硬化性接着剤の種類とその収縮率を示す。これにより接着後におけるひび割れを防ぎ、熱硬化時にピンホールの発生を少なくできる。
【００１０】
【表１】
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【００１１】
磁石表面の塗装膜としては、Ｎｉ−Ｎｉの２層めっき膜、またはＮｉ−Ｃｕ−Ｎｉの３層膜に代表されるような多層膜が望ましい。これは、これらの多層膜構造が、めっき膜中に発生するピンホールの数を低減させることができ、まためっき膜と磁石表面間またはめっき膜間の内部応力の緩和に有効となるためである。本発明における、めっき膜の形成工程は、公知の条件を採用して行うことができる。めっき膜の膜厚は、Ｎｉ−Ｎｉの２層膜の場合、１層目が３〜１５μｍ、２層目が５〜２５μｍ、であり、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｎｉの３層膜の場合は、１層目Ｎｉ膜が３〜１５μｍ、２層目Ｃｕ膜が３〜１５μｍ、３層目Ｎｉ膜が３〜２０μｍ、にはいることが望ましい。この膜厚範囲にあることで、めっき皮膜を持つ磁石が、先に述べた磁石応用分野において十分な耐食性を持てるためである。
【００１２】
（実施例）
試験のための試料として、外径７７ｍｍ、内径６４ｍｍ、長さ２５ｍｍのリング形状をしたＲ−Ｔ−Ｂ磁石を準備した。磁石の製造工程は公知の条件を使用した。次にこの磁石を直径に沿って切断し、２個の半円形状のリング磁石にした。これと同じ形状の半円状リング磁石を多数個用意し、バレル研磨法により、磁石角部の面取りを行った。バレル面取りによりできる角部のＲ形状の面の半径の大きさは、バレル砥石重量は同じにし、バレル時間を変更することにより制御した。このようにして、角部Ｒ面取りの半径を０．１〜０．７ｍｍまでの範囲で数種類に渡り変化させた試料を作製した。これらにＮｉ−Ｎｉの２層めっき、またはＮｉ−Ｃｕ−Ｎｉの３層めっきを施した。この実施例では、磁石接合面の中央の平坦部で測定しためっき膜の厚さは、Ｎｉ−Ｎｉ膜の場合、１層目が８．１μｍ、２層目が１１．８μｍ、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｎｉ膜の場合、１層目が７．９μｍ、２層目が７．７μｍ、３層目が４．３μｍであった。この半円リングをエポキシ樹脂系接着剤を用い、接着し、リング形状に仕上げた。リングを接着する前に、あらかじめ厚みの定められたスペーサーを半円リング間に挿入して、磁石間のあるべき間隔をきめ、その後接着剤を接着面に塗布した後、先ほど挿入したスペーサーの厚みに相当する接着層の厚みになるまで、磁石同士を接近させ、その後接着剤を熱硬化させた。硬化条件は大気中で、１５０℃１時間で行った。エッジビルドの発生する磁石角部間の接着層の厚み（最小接着層厚み）は、５、１０、および１５μｍの３種とした。磁石角部の最小接着層の厚みを５μｍとしたときの、めっき膜の膜厚比（角部のめっき膜厚Ｗ１／接着面中央部のめっき膜厚Ｗ２）と磁石角部のＲ面取半径との関係を図１、図２に示す。図１はめっき膜がＮｉ−Ｎｉ２層膜の場合で、図２はＮｉ−Ｃｕ−Ｎｉ３層膜の場合である。両方の図からわかるように、磁石のＲ面取りの半径が、０．１から０．２ｍｍまでの範囲（すなわち駄肉部断面積では０．００２〜０．００９ｍｍ２）では、半径が小さくなるほど膜厚比が急激に増大していた。半径が０．２ｍｍ以上の場合では、半径が大きくなるほど膜厚比が小さくなっていくが、その変化は緩やかであった。この傾向は、Ｎｉ−Ｎｉ２層膜でも、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｎｉ３層膜でも類似した傾向を示した。Ｎｉ−Ｃｕ−Ｎｉ３層膜の方が、膜厚比の変化は幾分緩やかであった。したがって、接着強度の場所によるばらつきを低減させ、接着の信頼性を高めるためには、角部のＲ面取の半径を０．２ｍｍかそれ以上（すなわち駄肉部断面積では０．００９ｍｍ２かそれ以上）に保つことが望ましいことが解った。
ただし、磁石辺部に面取りや曲率を設けるには成形時や、焼結後、熱処理後の加工工程で行う必要があることは当然だが、あまり駄肉部を取りすぎると（すなわちＲ面取り半径を大きくしすぎると）配向磁場がこの駄肉部で平行にかからず、磁気特性が下がってしまう。２．０ｍｍ２以下であれば実質的に問題ない。
上記に示された結果は、磁石角部の面取り形状が図６に示されたＲ面取りの場合のみでなく、図８で示されたＣ面取りの場合、図９に示された擬似Ｒ面取りの場合にも、同様であった。図８、図９における面取り半径の決め方は、図８では、駄肉部３ｂを囲む点線部のうち一辺の長さを、図９においては、多角形面取り部（図中実線部）の各頂点を結んで円または楕円の擬似弧を想定し、その弧を形成する半径を面取り半径とした。
【００１３】
接着層の接着強度の測定方法としては、引っ張せん断強さ、圧縮せん断強さなどがあるが、応力集中の大きさが、剥離＞はぎ割れ＞引っ張りせん断＞圧縮せん断＞引っ張り＞ひねりせん断、の順であることが知られている。今回は比較的厳しい測定方法となる、はぎ割れ（割裂）測定法を採用した。測定方法としては、２箇所の接着層を結ぶ直径に直角な方向の直径がリング外周と交わる部分を支持し、２ヶ所の接着層の真上を加圧位置とし、接着層面に平行に磁石支持と反対の側から加圧を行った。磁石の接着層が剥離または破壊した段階で、加圧を止め、そのときの加重を測定値とした。図３、図４、図５はこれらの測定結果を示す。図３は最小接着層厚みが５μｍ、図４は１０μｍ、図５は１５μｍの場合である。最小接着層厚みが５μｍの時はＲ面取り半径が０．１から０．２ｍｍで接着強度に大きな変化が現れたが、Ｒ面取りの半径Ｒが０．２ｍｍ以上（すなわち駄肉部断面積０．００９ｍｍ２以上）ではほぼ一定した接着強度を示した。最小接着層厚みが１０μｍ、１５μｍの時も類似した傾向を示したが、その値の変化は５μｍのときほど激しくはなかった。したがって、接着強度のばらつきを押さえる観点からも、Ｒ面取りの半径は０．２ｍｍ以上であることが望ましく、最小接着層厚みは５μｍ以上に保つべきである。一方、上記状態で、接着面中央部の最大接着層厚みは、Ｒ面取り半径が０．２ｍｍ以上の場合に、４７．６μｍとなるが、測定結果をみる限り、接着強度の大きな低下は見られないことから、接着層厚みが４７．６μｍを超えない範囲では実用上の接着強度は確保できることがわかる。各接着層の抵抗値を測定すると、どの試料においても１０ｅｘｐ（＋１０）Ω台であり、実用的には問題のない絶縁レベルであった。
【００１４】
【発明の効果】
以上の記述の通り、本発明によれば、ＮｉやＣｕからなる電解めっき膜またはその積層めっき膜を形成したＲ−Ｔ−Ｂ磁石において、表面平坦度をあげるための余計な研磨加工を行わずに、複数の磁石を接着のみにより一体化させることにより、渦電流損失を低減させた磁石を形成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｎｉ−Ｎｉ２層めっきを設けた際の膜厚比と角部Ｒ面取半径の関係を示す図である。
【図２】Ｎｉ−Ｃｕ−Ｎｉ３層めっきを設けた際の膜厚比と角部Ｒ面取半径の関係を示す図である。
【図３】最小接着層厚みが５μｍの際のはぎ割れ応力と角部Ｒ面取半径の関係を示す図である。
【図４】最小接着層厚みが１０μｍの際のはぎ割れ応力と角部Ｒ面取半径の関係を示す図である。
【図５】最小接着層厚みが１５μｍの際のはぎ割れ応力と角部Ｒ面取半径の関係を示す図である。
【図６】磁石の駄肉部を示す磁石辺部の模式図である。
【図７】電解めっきした磁石同士を接着した際の断面形状を示す模式図である。
【図８】電解めっきした磁石同士を接着した際の断面形状を示す模式図である。
【図９】電解めっきした磁石同士を接着した際の断面形状を示す模式図である。
【符号の説明】
１　磁石、２　電解めっき層、３　接着層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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